JP4773431B2 - Usage-based fuel cell monitoring and control - Google Patents

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Description

この発明の開示は、全体的に燃料電池システムに関し、そして、より具体的には、燃料電池システムの１又は２以上の変数を決定して、制御するためのシステム及び方法に関する。   The present disclosure relates generally to fuel cell systems, and more specifically to systems and methods for determining and controlling one or more variables of a fuel cell system.

電気化学的燃料電池は、燃料及び酸化剤を、電気、反応生成物、及び熱に変換する装置である。例えば、燃料電池は、水素及び酸素を水、電気及び熱に変換するように構成されてもよい。この種の燃料電池において、水素は燃料であり、酸素は酸化剤であり、そして、水は反応生成物である。   An electrochemical fuel cell is a device that converts fuel and oxidant into electricity, reaction products, and heat. For example, the fuel cell may be configured to convert hydrogen and oxygen into water, electricity and heat. In this type of fuel cell, hydrogen is the fuel, oxygen is the oxidant, and water is the reaction product.

燃料電池スタックは、概して、２又は３以上の燃料電池を含み、互いにユニットとして連結された燃料電池群を含む。燃料電池スタックは、燃料電池システムに組み込まれうる。燃料電池システムは、概して、例えば燃料供給源及び／又は燃料プロセッサといった、燃料供給源を含む。そして、この燃料供給源は、１又は２以上の供給原料から燃料電池スタックのための水素ガス又は他の適切なプロトン源を生成する。燃料プロセッサの一例は蒸気改質装置であり、この蒸気改質装置は水素ガスを水及びカーボン含有供給原料から生成する。このシステムはバッテリバンクを含んでもよく、このバッテリバンクは、生成された電力及び酸素を燃料電池に供給する空気供給源を格納する。システムへの損害を防止して及び／又は運転条件の変更に応じて能率的にシステムを作動するように、システムの作動を調整するために燃料電池スタック及び他の燃料電池システム構成部材を制御するニーズがある。   A fuel cell stack generally includes two or more fuel cells and includes a group of fuel cells connected as a unit to each other. The fuel cell stack can be incorporated into a fuel cell system. A fuel cell system generally includes a fuel source, eg, a fuel source and / or a fuel processor. The fuel source then generates hydrogen gas or other suitable proton source for the fuel cell stack from one or more feeds. One example of a fuel processor is a steam reformer that produces hydrogen gas from water and a carbon-containing feedstock. The system may include a battery bank, which stores an air supply that supplies the generated power and oxygen to the fuel cell. Control the fuel cell stack and other fuel cell system components to coordinate system operation to prevent damage to the system and / or operate the system efficiently in response to changes in operating conditions There is a need.

本発明の開示は、燃料使用をモニタして及び／又は燃料使用に基づいて燃料電池スタックの作動を制御するためのエネルギー生成及び消費アセンブリ及び方法に関する。このエネルギー生成及び消費アセンブリは、供給圧力で供給料を燃料電池スタックに提供するように構成された燃料供給源を含んでもよい。この燃料電池スタックは、供給アンペア数で供給燃料の少なく一部から電流を生成するように構成されうる。コントロールシステムは、燃料電池スタックで圧力を検出して、前記検出圧力の少なくとも一つに基づいて生成された電流を制御するように構成されうる。コントロールシステムは、燃料電池スタックによって生成される電流を制御することによって予め定められた範囲の燃料利用率を維持するように構成されうる。   The present disclosure relates to an energy generation and consumption assembly and method for monitoring fuel usage and / or controlling the operation of a fuel cell stack based on fuel usage. The energy generation and consumption assembly may include a fuel source configured to provide a feed to the fuel cell stack at a supply pressure. The fuel cell stack can be configured to generate current from a small portion of the supplied fuel at the supplied amperage. The control system may be configured to detect a pressure in the fuel cell stack and control a current generated based on at least one of the detected pressures. The control system can be configured to maintain a predetermined range of fuel utilization by controlling the current generated by the fuel cell stack.

エネルギー生成及び消費アセンブリは、負荷（ロード）を燃料電池スタックに適用する、エネルギー格納／消費装置をさらに備えうる。供給アンペア数は、エネルギー格納／消費アセンブリ及び／又は、燃料電池スタックに適用される負荷を能動的に制御することによって制御されうる。コントロールシステムは、追加的に、又は代換的に、燃料供給源を能動的に制御することによって供給アンペア数を制御するようにも構成されうる。   The energy generation and consumption assembly may further comprise an energy storage / consumption device that applies a load to the fuel cell stack. Supply amperage may be controlled by actively controlling the load applied to the energy storage / consumption assembly and / or the fuel cell stack. The control system may additionally or alternatively be configured to control the supply amperage by actively controlling the fuel supply.

いくつかのエネルギー格納及び消費アセンブリにおいて、燃料利用率、又は、供給量当たりの燃料消費量は、消費している若干のエネルギーにおいて、供給燃料の供給速度、及び、燃料電池スタックに適用される負荷の関数でありうる。例えば、固定された供給燃料の供給速度に対して、適用される負荷の増大は、電流及び燃費消費を増加させる。それによって、燃料利用率を増加させる。同様に、適用される負荷の減少は、電流の発生を減少させて、燃費を減少させる。それによって、燃料利用率を減少させる。   In some energy storage and consumption assemblies, fuel utilization, or fuel consumption per supply, is the supply rate of the supplied fuel, and the load applied to the fuel cell stack, at some energy consumed. It can be a function of For example, for a fixed supply fuel supply rate, an increase in applied load increases current and fuel consumption. Thereby, the fuel utilization rate is increased. Similarly, the applied load reduction reduces current generation and reduces fuel consumption. Thereby, the fuel utilization rate is reduced.

いくつかのアセンブリにおいて、エネルギー生成及び消費アセンブリへの汚染又は他の損害を防止するための、予め定められた最大燃料利用率がある。加えて、予め定められた最小限の燃料利用率が、供給燃料の過剰な浪費を防止するために存在しうる。適用された負荷を能動的に制御することによって燃料利用率を制御することは、前記利用率における応答性の改良及び多大な制御を可能とする。未使用燃料の流量に基づいて、燃料供給源を能動的に制御するとともに、適用された負荷を能動的に制御することで、広範囲にわたる運転条件に亘る燃料利用率のより大きな制御を許容しうる。   In some assemblies, there is a predetermined maximum fuel utilization rate to prevent contamination or other damage to the energy production and consumption assembly. In addition, a predetermined minimum fuel utilization rate may exist to prevent excessive waste of the supplied fuel. Controlling fuel utilization by actively controlling the applied load allows for improved responsiveness and greater control over the utilization. Active control of the fuel supply source and active control of the applied load based on the flow of unused fuel may allow greater control of fuel utilization over a wide range of operating conditions .

言及しているように、燃料電池スタックの作動を制御するための方法及び装置が開示されている。本明細書で用いているように、燃料電池スタックは、１又は２以上の燃料電池を含み、これは個別又は燃料電池の群のいずれかであり、そして、一般的なエンドプレート間に一組になった複数の燃料電池を典型的に含む。燃料電池システムは、１又は２以上の燃料電池スタック及び燃料電池スタックのための少なくとも一つの燃料供給源を含む。加えて、エネルギー生成及び消費アセンブリは、１又は２以上の燃料電池スタック、この燃料電池スタックのための少なくとも一つの燃料供給源、そして、燃料電池スタックに適用される負荷を働かせるように構成された少なくとも一つのエネルギー格納／消費アセンブリ、を含む。   As mentioned, a method and apparatus for controlling the operation of a fuel cell stack is disclosed. As used herein, a fuel cell stack includes one or more fuel cells, which are either individual or groups of fuel cells, and a set between common end plates. Typically includes a plurality of fuel cells. The fuel cell system includes one or more fuel cell stacks and at least one fuel source for the fuel cell stack. In addition, the energy generation and consumption assembly is configured to exert one or more fuel cell stacks, at least one fuel source for the fuel cell stack, and a load applied to the fuel cell stack. At least one energy storage / consumption assembly.

後述される燃料電池スタック及びシステムは、例えばプロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池、アルカリ性燃料電池、固体酸化物燃料セル、融解炭酸塩燃料電池、リン酸燃料電池、及びその類似物といった、様々な異なるタイプの燃料電池と互換性を持つ。説明のために、ＰＥＭ型燃料電池の典型的な燃料電池２０は、図１において概略的に例示される。燃料電池は、例えば、符号２２で全体的に示されるように、燃料電池システムの一部を形成するとして、及び／又は、例えば、符号２４で全体的に示されるように、燃料電池スタックの一部を形成するとして、説明されうる。プロトン交換膜燃料電池は、アノード領域３０及びカソード領域３２の間に位置する、イオン交換又は電解質膜２８からなる膜電極アセンブリ２６を典型的に利用する。各領域３０及び３２は、電極３４、すなわち、アノード３６及びカソード３８、をそれぞれ含む。各領域３０及び３２は、例えば支持プレート４０といった支持材３９をも含む。支持材３９は、本願明細書において更に詳細に述べられる、バイポーラのプレートアセンブリの一部を形成することができる。燃料電池２０の支持プレート４０は、燃料電池によって生成される相対的な電位を持つ。   The fuel cell stacks and systems described below vary widely, for example, proton exchange membrane (PEM) fuel cells, alkaline fuel cells, solid oxide fuel cells, molten carbonate fuel cells, phosphoric acid fuel cells, and the like. Compatible with types of fuel cells. For illustration purposes, a typical fuel cell 20 of a PEM type fuel cell is schematically illustrated in FIG. The fuel cell is a part of a fuel cell stack, for example, as part of a fuel cell system, as indicated generally at 22, and / or as indicated generally at 24, for example. It can be described as forming a part. Proton exchange membrane fuel cells typically utilize a membrane electrode assembly 26 comprised of an ion exchange or electrolyte membrane 28 located between an anode region 30 and a cathode region 32. Each region 30 and 32 includes an electrode 34, an anode 36 and a cathode 38, respectively. Each region 30 and 32 also includes a support 39 such as a support plate 40. The support 39 can form part of a bipolar plate assembly, described in further detail herein. The support plate 40 of the fuel cell 20 has a relative potential generated by the fuel cell.

作動中において、燃料４２はアノード領域に供給される。その一方で、酸化剤４４はカソード領域に供給される。燃料４２は、供給燃料４２と称されうる。セル２０に対する典型的であるが排他的でない燃料は、水素であり、そして、典型的であるが排他的でない酸化剤は、酸素である。本明細書中で使用しているように、水素は水素ガスを示し、そして、酸素は酸素ガスを示す。以下の説明では、水素４２を燃料４２と、そして、酸化剤４４を酸素４４と称しうる。但し、他の燃料及び／又は酸化剤が使用されうることは本明細書の開示の範囲内である。   In operation, fuel 42 is supplied to the anode region. Meanwhile, the oxidant 44 is supplied to the cathode region. The fuel 42 may be referred to as supply fuel 42. A typical but not exclusive fuel for cell 20 is hydrogen, and a typical but not exclusive oxidant is oxygen. As used herein, hydrogen refers to hydrogen gas and oxygen refers to oxygen gas. In the following description, hydrogen 42 may be referred to as fuel 42 and oxidant 44 may be referred to as oxygen 44. However, it is within the scope of this disclosure that other fuels and / or oxidants may be used.

水素４２及び酸素４４は、それぞれの供給源４６及び４８から、任意の適切な機構を介して燃料電池のそれぞれの領域に運ばれうる。水素４２のための好適な燃料供給源４６の例としては、少なくとも一つの加圧力タンク、水素化物床、又は他の適切な水素ストレージ、及び／又は水素ガスを含む流れ（ストリーム）を発生する燃料プロセッサがあげられる。酸素４４の適切な供給源４８の実施例は、酸素又は空気の加圧力タンク、又は、ファン、コンプレッサ、ブロワ、又は、空気をカソード領域にあてるための他の装置を含む。   Hydrogen 42 and oxygen 44 may be delivered from respective sources 46 and 48 to the respective regions of the fuel cell via any suitable mechanism. Examples of suitable fuel sources 46 for hydrogen 42 include fuel that generates at least one pressurized tank, hydride bed, or other suitable hydrogen storage, and / or a stream containing hydrogen gas. Processor. Examples of suitable sources 48 of oxygen 44 include oxygen or air pressure tanks or other devices for applying a fan, compressor, blower or air to the cathode region.

水素及び酸素は、概して酸化還元反応を経て互いにリンクする。膜２８が水素分子の通過を制限するにもかかわらず、主として膜のイオン伝導率によって、水素イオン（プロトン）がそれによって通過することができる。酸化還元反応の自由エネルギーによって、プロトンが水素ガスからイオン交換膜を通過する。膜２８は電気伝導性を有さない傾向もあるため、外部回路５０は残留する電子のための最低エネルギー路であって、図１に概略的に例示される。   Hydrogen and oxygen generally link to each other via a redox reaction. Despite the membrane 28 restricting the passage of hydrogen molecules, hydrogen ions (protons) can thereby pass through, mainly due to the ionic conductivity of the membrane. Due to the free energy of the redox reaction, protons pass from the hydrogen gas through the ion exchange membrane. Since the membrane 28 also tends not to have electrical conductivity, the external circuit 50 is the lowest energy path for the remaining electrons and is schematically illustrated in FIG.

実際には、燃料電池スタックは、概して、隣接する膜電極アセンブリを離隔するバイポーラのプレートアセンブリを有する複数の燃料電池を含む。バイポーラのプレートアセンブリによって基本的に自由電子がバイポーラのプレートアセンブリを介して第１のセルのアノード領域から隣接セルのカソード領域まで通過することができる。それによって、適用される負荷を充足させるために用いられうるスタックを通る電位を決める。この電子の正味の流れは、例えば少なくとも１つのエネルギー消費デバイス、エネルギー格納デバイス、燃料電池システム自体、エネルギー格納／消費アセンブリなどから、適用される負荷を充足させるために使用されうる電流を生じる。   In practice, a fuel cell stack generally includes a plurality of fuel cells having bipolar plate assemblies that separate adjacent membrane electrode assemblies. The bipolar plate assembly basically allows free electrons to pass through the bipolar plate assembly from the anode region of the first cell to the cathode region of the adjacent cell. It determines the potential through the stack that can be used to satisfy the applied load. This net flow of electrons results in a current that can be used to satisfy the applied load, eg, from at least one energy consuming device, energy storage device, fuel cell system itself, energy storage / consumption assembly, and the like.

エネルギー生成及び消費アセンブリは、図１において符号５６で全体的に例示されるが、少なくとも一つの燃料電池システム２２、及び、燃料電池システムに適用される負荷を働かせるように構成され、負荷適用アセンブリとも称されうる、少なくとも一つのエネルギー格納／消費アセンブリ５２を含む。少なくとも一つのエネルギー格納／消費アセンブリ５２は、燃料電池、又は、より典型的には燃料電池スタックに、電気的にリンクされてもよい。アセンブリ５２は、負荷をセル／スタック／システムに適用し、負荷を満たすためにそこからの電流を取り出す。この負荷は、適用負荷と称されてもよく、単数又は複数の熱及び／又は電気負荷を含んでもよい。本明細書中で使用しているように、「エネルギー格納／消費アセンブリ」及び「負荷適用アセンブリ」の語は、燃料電池、燃料電池スタック又は燃料電池システムに負荷を適用するように構成された１又は２以上の部材を示すために交換可能に用いることができる。負荷適用アセンブリ（又はエネルギー格納／消費アセンブリ）５２は、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置８６を含みうる。追加的に、又は、代換的に、負荷適用アセンブリ５２は、少なくとも１つのエネルギー消費デバイス８４を含みうる。エネルギー格納／消費、又は、負荷適用アセンブリ５２を含む部材の実例は、自動車、レクレーショナルビークル（ＲＶ車）、ボート及び他の海船舶、そして、１又は２以上の住居、商業事務所又は建物、近郊、ツール、照明及び照明アセンブリ、機器、コンピュータ、工業的設備、信号及び通信器材、電池、インバータ、及び、スタック２４が一部を構成する燃料電池システムに対するバランスオブプラントの消費電力、の任意の組合せを含みうる。負荷適用アセンブリ５２は、燃料電池システムに負荷を適用するように構成されうる、追加的な、及び／又は異なる部材を含みうる。   The energy generation and consumption assembly, which is generally illustrated in FIG. 1 at 56, is configured to exert at least one fuel cell system 22 and a load applied to the fuel cell system, and is also referred to as a load application assembly. At least one energy storage / consumption assembly 52, which may be referred to as At least one energy storage / consumption assembly 52 may be electrically linked to a fuel cell, or more typically a fuel cell stack. Assembly 52 applies the load to the cell / stack / system and draws the current from it to satisfy the load. This load may be referred to as an applied load and may include one or more thermal and / or electrical loads. As used herein, the terms “energy storage / consumption assembly” and “load application assembly” are configured to apply a load to a fuel cell, fuel cell stack or fuel cell system. Or it can be used interchangeably to indicate more than one member. The load application assembly (or energy storage / consumption assembly) 52 may include at least one energy storage device 86. Additionally or alternatively, the load application assembly 52 may include at least one energy consuming device 84. Examples of components that include energy storage / consumption or load application assemblies 52 are automobiles, recreational vehicles (RV vehicles), boats and other marine vessels, and one or more residences, commercial offices or buildings. , Suburbs, tools, lighting and lighting assemblies, equipment, computers, industrial equipment, signal and communication equipment, batteries, inverters, and balance of plant power consumption for fuel cell systems of which stack 24 is a part May be included. The load application assembly 52 may include additional and / or different members that may be configured to apply a load to the fuel cell system.

カソード領域３２において、外部回路からの電子及び膜からのプロトンは、酸素とリンクして、水及び熱を生じる。また、水素ガスを含みうるアノードパージ又は放出流５４、そして、典型的には少なくとも部分的に、そしてそうでなければ実質的に、酸素を減少させる、カソードエア放出流５５が、図１において示されている。燃料電池スタック２４が概して一般的な水素（又は他の反応体）供給源、空気取入口及びスタックパージを有し、流れを放出し、したがって、個々の燃料電池に関連する流れを送り、そして、個々の燃料電池から流れを集める好適な流体導管を含むことを理解すべきである。同様に、任意の適切な機構も、選択的に領域をパージするために用いられうる。   In the cathode region 32, electrons from the external circuit and protons from the membrane link with oxygen to produce water and heat. Also shown in FIG. 1 is an anode purge or discharge stream 54 that may include hydrogen gas, and a cathode air discharge stream 55 that typically reduces oxygen, at least partially and otherwise substantially. Has been. The fuel cell stack 24 generally has a common hydrogen (or other reactant) source, an air intake and a stack purge, discharges the flow, and thus sends the flow associated with the individual fuel cells, and It should be understood to include suitable fluid conduits that collect flow from individual fuel cells. Similarly, any suitable mechanism can be used to selectively purge the region.

上記のように、多くの燃料電池スタックは、反応体又は燃料として水素ガスを利用する。従って、燃料電池スタック２４は、燃料電池システム２２を形成するために、水素ガス４２（そして、関連した輸送システム及びのバランスオブプラント部材）の供給源４６によってリンクされている。燃料電池システムの実例は、図２において概略的に例示される。図１に関して前述しているように、水素ガス４２の供給源４６の実施例は、図２に破線で示したように、水素ガスの格納供給源を含む格納デバイス６２を備えている。好適な格納デバイス６２の例としては、加圧力タンク及び水素化物床を含む。水素ガス４２の追加的又は代換的な供給源４６は、水素ガス４２を含有する流れを生成するために、又は、１又は２以上の精製ステップの後といった、水素ガス４２を含む流れが形成される反応生成物を生成するために、供給流を反応させることによって水素を生成する、水素生成燃料プロセッサからの生成流である。   As noted above, many fuel cell stacks utilize hydrogen gas as a reactant or fuel. Accordingly, the fuel cell stack 24 is linked by a source 46 of hydrogen gas 42 (and associated transportation system and balance of plant components) to form the fuel cell system 22. An example of a fuel cell system is schematically illustrated in FIG. As described above with respect to FIG. 1, the embodiment of the source 46 of hydrogen gas 42 includes a storage device 62 that includes a storage source of hydrogen gas, as shown in phantom in FIG. Examples of suitable storage devices 62 include pressurized tanks and hydride beds. An additional or alternative source 46 of hydrogen gas 42 is formed to produce a stream containing hydrogen gas 42, such as to produce a stream containing hydrogen gas 42, or after one or more purification steps. A product stream from a hydrogen generating fuel processor that produces hydrogen by reacting a feed stream to produce a reaction product to be produced.

図２の実線に示すように、燃料電池システム２２は、例えば燃料プロセッサ６４といった少なくとも一つの燃料供給源４６、及び、少なくとも一つの燃料電池スタック２４を含む。燃料プロセッサ６４は、１又は２以上の供給原料を含んでいる供給流６８から水素ガス４２を含んでいる生成水素流６６を発生するように構成されている。燃料電池スタックは、送出される生成水素流６６の部分から電流を発生するように構成されている。図の例では、単一の燃料プロセッサ６４及び単一の燃料電池スタック２４が示されている。しかしながら、これらの部材のいずれか一方以上又はいずれも、使用されうる。これらの部材が概略的に示されているが、燃料電池システムは、例えば空気輸送システム、熱交換器、センサ、流量制御装置、加熱アセンブリ及び類似物といった、図において特に例示されない追加的な部材を含んでもよい。   As shown by the solid lines in FIG. 2, the fuel cell system 22 includes at least one fuel supply 46, such as a fuel processor 64, and at least one fuel cell stack 24. The fuel processor 64 is configured to generate a product hydrogen stream 66 containing hydrogen gas 42 from a feed stream 68 containing one or more feedstocks. The fuel cell stack is configured to generate current from the portion of the product hydrogen stream 66 that is delivered. In the illustrated example, a single fuel processor 64 and a single fuel cell stack 24 are shown. However, any one or more of these members or any of them can be used. Although these members are shown schematically, the fuel cell system includes additional members not specifically illustrated in the figure, such as pneumatic transport systems, heat exchangers, sensors, flow controllers, heating assemblies, and the like. May be included.

図示もされているように、水素ガスは、１又は２以上の燃料プロセッサ６４及び格納デバイス６２からスタック２４を届けられうるし、燃料プロセッサからの水素は、１又は２以上の格納デバイス及びスタック２４に届けられうる。いくつかの又は全部の流れ６６は、追加的に、又は、代換的に、適切な導管を介して、他の水素消費プロセスに使用する法ために届けられ、燃料又は熱のために燃焼され、又は、後の使用のために格納されうる。   As also shown, hydrogen gas can be delivered to the stack 24 from one or more fuel processors 64 and storage devices 62, and hydrogen from the fuel processor can be directed to one or more storage devices and stacks 24. Can be delivered. Some or all of the streams 66 are additionally or alternatively delivered via appropriate conduits for use in other hydrogen consumption processes and burned for fuel or heat. Or may be stored for later use.

燃料プロセッサ６４は、水素ガスを１又は２以上の供給流から生成する任意の適切なデバイスも含む。したがって、燃料プロセッサ６４は、水素ガスから少なくとも実質的に成る流れが１又は２以上の供給流から生成される水素生成領域７０を含むものとして記述されうる。供給流６８から水素ガスを生成するための好適な機構の実施例は、水蒸気改質及び自己熱改質を含み、その中で、改質触媒は、水を含む供給流及び少なくとも一つのカーボン含有供給原料から水素ガスを生成するために使用される。水素ガスを生成する他の適切な機構は、カーボン含有供給原料の熱分解及び触媒部分酸化を含み、その場合には、供給流は水を含まない。水素ガスを生成するさらに別の適切な機構は電気分解であり、その場合には、供給原料は水である。好適なカーボン含有供給原料の例としては、少なくとも一つの炭化水素又はアルコールがあげられる。好適な炭化水素の例としては、メタン、プロパン、天然ガス、ディーゼル、灯油、ガソリン及びその類似物があげられる。適切なアルコール類の例は、メタノール、エタノール、及び、例えばエチレングリコール及びプロピレングリコールといった多価アルコールを含む。   The fuel processor 64 also includes any suitable device that generates hydrogen gas from one or more feed streams. Accordingly, the fuel processor 64 can be described as including a hydrogen generation region 70 in which a stream at least substantially consisting of hydrogen gas is generated from one or more feed streams. Examples of suitable mechanisms for generating hydrogen gas from feed stream 68 include steam reforming and autothermal reforming, in which the reforming catalyst comprises a feed stream comprising water and at least one carbon containing. Used to produce hydrogen gas from the feedstock. Other suitable mechanisms for producing hydrogen gas include pyrolysis of carbon-containing feedstock and catalytic partial oxidation, in which case the feed stream does not contain water. Yet another suitable mechanism for producing hydrogen gas is electrolysis, in which case the feedstock is water. Examples of suitable carbon-containing feedstocks include at least one hydrocarbon or alcohol. Examples of suitable hydrocarbons include methane, propane, natural gas, diesel, kerosene, gasoline and the like. Examples of suitable alcohols include methanol, ethanol, and polyhydric alcohols such as ethylene glycol and propylene glycol.

供給流６８は、任意の適切な機構及び／又は、任意の適切な供給原料輸送システムを介して燃料プロセッサ６４に届けられうる。図２の実線において単一の供給流６８だけが示されているが、同一又は異なる供給原料を含みうる（一点鎖線において概略的に例示されるように）２以上の流れ６８が使用されうることは本明細書の開示の範囲内である。本明細書中で使用されているように、「燃料処理アセンブリ」の語は、燃料プロセッサ、及び、例えば供給原料輸送システム、加熱アセンブリ、分離及び／又は精製領域又はデバイス、空気輸送システム、燃料輸送システム、流体導管、熱交換器、燃料プロセッサ制御装置といった、燃料電池システムの関連部材を指すように使用されうる。これらの図示された部材のすべては、任意の燃料処理アセンブリにおいて含まれることを必要とされず、又は、本明細書の開示に従って任意の燃料プロセッサで使用されることを必要としない。同様に、他の部材が、含まれ又は使用されてもよい。   The feed stream 68 may be delivered to the fuel processor 64 via any suitable mechanism and / or any suitable feed transport system. Although only a single feed stream 68 is shown in the solid line of FIG. 2, two or more streams 68 can be used that can contain the same or different feeds (as schematically illustrated in the dashed line). Is within the scope of the disclosure herein. As used herein, the term “fuel processing assembly” refers to a fuel processor and, for example, a feed transport system, a heating assembly, a separation and / or purification zone or device, a pneumatic transport system, a fuel transport. It may be used to refer to relevant components of a fuel cell system such as a system, fluid conduit, heat exchanger, fuel processor controller. All of these illustrated members are not required to be included in any fuel processing assembly or need to be used in any fuel processor in accordance with the disclosure herein. Similarly, other members may be included or used.

多くの用途において、燃料プロセッサが少なくとも実質的に純粋な水素ガスを生成することが望ましい。したがって、燃料プロセッサは、本質的に十分に純粋な水素ガスを生成するプロセスを利用しうる。あるいは、燃料処理アセンブリ及び／又は燃料プロセッサは、燃料プロセッサにおいて生成される水素ガスから不純物を除去する１又は２以上の適切な精製及び／又は分離デバイスを含みうる。領域７０が純粋な水素ガスを生成しないときに、流れ６６は、一酸化炭素、二酸化炭素、水、メタン及び反応していない供給原料といった図示の不純物の１又は２以上を含みうる。別の例として、燃料処理システム又は燃料電池システムは、燃料プロセッサの下流に、１又は２以上の精製及び／又は分離デバイスを含みうる。これは図２において概略的に例示される。そこにおいて、分離領域７２は一点鎖線で示される。燃料プロセッサ６４が分離領域７２を含むときに、水素生成領域は、水素ガス及び他のガスを含む混合ガス流れを生成するものとして説明されうる。ここで、水素ガスは、この混合ガス流れの主要成分である。多くの好適な分離領域は、この混合ガス流れから、例えば流れ６６といった、少なくとも一つの生成流を生成する。流れ６６は、少なくとも実質的に純粋な水素ガス、及び、少なくとも実質的に他のガスを含有する、少なくとも一つの副産物流を含む。混合ガス流れ及び副産物流れは、それぞれ図２において符号７４及び符号７６で概略的に例示されている。単数又は複数の分離領域は、燃料プロセッサに付設され、又は、燃料プロセッサから離隔して位置された（ただし、依然としてプロセッサとの流体の連通している）、共通のシェルの範囲内において水素生成領域で収納されうる。   In many applications, it is desirable for the fuel processor to produce at least substantially pure hydrogen gas. Thus, the fuel processor may utilize a process that produces hydrogen gas that is essentially sufficiently pure. Alternatively, the fuel processing assembly and / or fuel processor may include one or more suitable purification and / or separation devices that remove impurities from the hydrogen gas produced in the fuel processor. When region 70 does not produce pure hydrogen gas, stream 66 may include one or more of the illustrated impurities, such as carbon monoxide, carbon dioxide, water, methane, and unreacted feedstock. As another example, a fuel processing system or fuel cell system may include one or more purification and / or separation devices downstream of the fuel processor. This is schematically illustrated in FIG. Here, the separation region 72 is indicated by a one-dot chain line. When the fuel processor 64 includes a separation region 72, the hydrogen generation region may be described as generating a mixed gas stream that includes hydrogen gas and other gases. Here, hydrogen gas is the main component of this mixed gas stream. Many suitable separation zones produce at least one product stream, such as stream 66, from this mixed gas stream. Stream 66 includes at least one by-product stream containing at least substantially pure hydrogen gas and at least substantially other gases. The mixed gas stream and by-product stream are schematically illustrated in FIG. 2 at 74 and 76, respectively. The separation region or regions are attached to the fuel processor or located remotely from the fuel processor (but still in fluid communication with the processor) within a common shell and the hydrogen production region Can be stored in.

分離領域７２は、水素ガスの純度を増加させるための、及び／又は、水素ガスに混合しうる１又は２以上の他のガス（例えば一酸化炭素及び／又は二酸化炭素）の濃度を減少させるための、任意の方法又は機構を利用しうる。適切なプロセスの実例は１又は２以上の化学分離プロセス及び物理分離プロセスを含む。この化学分離プロセスにおいて、１又は２以上の他のガスは、選択的に吸着されるか又は反応を起こして、これにより水素ガスから分離される。この物理分離プロセスにおいて、吸着材料又は膜分離部材は、混合ガス流れを少なくとも一つの生成物及び副産物流れに選択的に分けるために用いられる。好適な物理分離プロセスの例としては、圧力駆動分離プロセスがあげられる。この圧力駆動分離プロセスにおいて、混合ガス領域と、分離プロセスを駆動する分離領域における少なくとも一つの透過水又は生成物領域間の圧力差を有する、圧力下で混合ガス流れが適切な分離部材と接触するように輸送される。   The separation region 72 is for increasing the purity of the hydrogen gas and / or for reducing the concentration of one or more other gases (eg, carbon monoxide and / or carbon dioxide) that can be mixed with the hydrogen gas. Any method or mechanism may be used. Examples of suitable processes include one or more chemical separation processes and physical separation processes. In this chemical separation process, one or more other gases are selectively adsorbed or react to be separated from hydrogen gas. In this physical separation process, the adsorbent material or membrane separation member is used to selectively separate the mixed gas stream into at least one product and byproduct stream. An example of a suitable physical separation process is a pressure driven separation process. In this pressure-driven separation process, the mixed gas stream contacts a suitable separation member under pressure having a pressure difference between the mixed gas region and at least one permeate or product region in the separation region driving the separation process. To be transported.

図示している化学分離プロセスは、流れ７４に存在する一酸化炭素の濃度を選択的に低下させるためのメタン生成触媒の用法である。他の図示している化学分離プロセスは、（水素ガス及び二酸化炭素を水及び二酸化炭素から発生するための）二酸化炭素及び水性ガスシフト反応物を形成するための、一酸化炭素の部分酸化を含む。   The illustrated chemical separation process is the use of a methanation catalyst to selectively reduce the concentration of carbon monoxide present in stream 74. Another illustrated chemical separation process involves partial oxidation of carbon monoxide to form carbon dioxide and water gas shift reactants (to generate hydrogen gas and carbon dioxide from water and carbon dioxide).

適切な圧力駆動分離プロセスの非限定的な実施例は、１又は２以上の水素−選択性膜の使用及び圧力揺動吸着システムの使用を含む。適切な水素−選択性膜の実例は、パラジウム及び銅又は銀の合金といった、パラジウム又はパラジウム合金から形成される膜を含む。薄い平面の水素透過性膜は、パラジウム合金、最も特に、４５重量％から３５重量％の銅、例えばほぼ４０重量％の銅を有するパラジウムで、構成されることが好ましい。これらの膜は、水素−選択性膜とも称されうるが、厚さほぼ０．００１インチである薄箔から典型的に形成される。しかしながら、膜が、水素選択金属、及び、水素透過性で選択的なセラミック又はカーボン組成物について上述した以外の金属合金から形成されうることは、本明細書中の開示の範囲内である。膜は、上述したものよりも大きい又は小さい厚みを有してもよい。例えば、水素流れの相応の増加とともに、膜はより薄くしてもよい。   Non-limiting examples of suitable pressure driven separation processes include the use of one or more hydrogen-selective membranes and the use of a pressure swing adsorption system. Examples of suitable hydrogen-selective membranes include membranes formed from palladium or palladium alloys, such as palladium and copper or silver alloys. The thin planar hydrogen permeable membrane is preferably composed of a palladium alloy, most particularly palladium with 45 wt% to 35 wt% copper, for example approximately 40 wt% copper. These membranes, which may be referred to as hydrogen-selective membranes, are typically formed from thin foils that are approximately 0.001 inches thick. However, it is within the scope of the disclosure herein that the membrane can be formed from hydrogen selective metals and metal alloys other than those described above for hydrogen permeable and selective ceramic or carbon compositions. The membrane may have a thickness that is greater or less than that described above. For example, the membrane may be thinner with a corresponding increase in hydrogen flow.

水素−透過性膜は、組み込まれた特許出願において開示されるような一般の透過水チャネル周辺に一対で配置されるような、任意の適切な構成において配置されることができる。単数又は複数の水素透過性膜は、管状構成といった他の構成をとってもよく、組み込まれた特許において開示されている。分離領域７２に用いられる適切な構造の実施例は、膜モジュールであり、これは１又は２以上の水素透過性膜を含む。適切な水素−選択性膜、膜形成及び使用方法、及び、１又は２以上の水素−選択性膜を含む分離デバイスの例は、米国特許第６，３１９，３０６号明細書、第６，５３７，３５２号明細書及び第６，５６２，１１１号明細書において開示される。そして、その完全な開示は本願明細書に全ての参照の目的によって組み込まれている。   The hydrogen-permeable membranes can be arranged in any suitable configuration, such as a pair arranged around a common permeate channel as disclosed in the incorporated patent application. The hydrogen permeable membrane or membranes may take other configurations, such as a tubular configuration, and are disclosed in the incorporated patents. An example of a suitable structure for use in the separation region 72 is a membrane module, which includes one or more hydrogen permeable membranes. Examples of suitable hydrogen-selective membranes, methods of membrane formation and use, and separation devices comprising one or more hydrogen-selective membranes are described in US Pat. Nos. 6,319,306, 6,537. 352, and 6,562,111. The full disclosure of which is hereby incorporated by reference for all purposes.

分離領域７２に用いられる適切な圧力−分離プロセスの他の実施例は、圧力揺動吸着（ＰＳＡ）である。圧力揺動吸着（ＰＳＡ）プロセスにおいて、ガス状の不純物は、流れを含んでいる水素ガスから除去される。ＰＳＡは、特定のガスが、温度及び圧力の適切な条件の下で、他のガスより強く吸着材料上へ吸着される原理に基づく。概して、吸着されて混合ガス流れから取り除かれるのは、不純物である。   Another example of a suitable pressure-separation process used in the separation region 72 is pressure swing adsorption (PSA). In a pressure swing adsorption (PSA) process, gaseous impurities are removed from the hydrogen gas containing stream. PSA is based on the principle that certain gases are adsorbed onto adsorbent materials more strongly than other gases under appropriate conditions of temperature and pressure. In general, it is the impurities that are adsorbed and removed from the mixed gas stream.

燃料電池システムとの関連において、燃料プロセッサは、実質的に純粋な水素ガスを生成するように構成されることが好ましく、そして、燃料プロセッサは、純粋な水素ガスを生成するように構成されることがさらに好ましい。本明細書中の開示の目的のために、実質的に純粋な水素ガスは、９０％の純度より大きく、好ましくは９５％の純度より大きく、より好ましくは９９％の純度より大きく、そして、さらにより好ましくは９９．５％の純度より大きい。適切な燃料プロセッサの例示的な非限定的な実施例は、米国特許第６，２２１，１１７号明細書、第５，９９７，５９４号明細書、第５，８６１，１３７号明細書及び継続中の米国特許出願公開第２００１／００４５０６１号明細書において開示される。上述した特許及び特許出願の完全な開示は、全ての目的のために参照として本願明細書に組み込まれている。   In the context of a fuel cell system, the fuel processor is preferably configured to produce substantially pure hydrogen gas, and the fuel processor is configured to produce pure hydrogen gas. Is more preferable. For purposes of the disclosure herein, substantially pure hydrogen gas is greater than 90% pure, preferably greater than 95% pure, more preferably greater than 99% pure, and further More preferably, it is greater than 99.5% purity. Exemplary non-limiting examples of suitable fuel processors include US Pat. Nos. 6,221,117, 5,997,594, 5,861,137, and ongoing. U.S. Patent Application Publication No. 2001/0045061. The complete disclosures of the above-mentioned patents and patent applications are incorporated herein by reference for all purposes.

図２も、燃料電池システム２２が少なくとも一つのエネルギー貯蔵装置７８を（必須ではないが）含みうることを図式的に表す。装置７８は、燃料電池スタック２４によって生成される少なくとも一部の電流を格納するように構成されている。より詳しくは、電流は、例えばエネルギー格納／消費アセンブリ５２及び／又は燃料電池システム２２からといった、適用される負荷を満たすために後で使用しうる貯蔵を確立することができる。エネルギー格納／消費アセンブリ５２は、１又は２以上のスタック２４及びエネルギー貯蔵装置７８にその負荷を適用するように構成されうる。適切なエネルギー貯蔵装置７８の実例は電池である、しかし、他に使用されてもよい。エネルギー貯蔵装置７８は、システムのスタートアップの間、燃料電池システムに電力を供給するために、追加的に、又は、代換的に使用されうる。エネルギー貯蔵装置７８が燃料電池スタック２４に負荷を適用するように構成されうることは、本明細書中の開示の範囲内である。この場合において、エネルギー貯蔵装置７８は、負荷適用アセンブリ又はエネルギー格納／消費アセンブリの他の例示的な実施例、又はこの部品の他の例示的な実施例である。エネルギー生成及び消費アセンブリ５６が、２以上の適用アセンブリ５２を含むことは、本明細書中の開示の範囲内である。   FIG. 2 also schematically illustrates that the fuel cell system 22 may include (although not necessarily) at least one energy storage device 78. The device 78 is configured to store at least a portion of the current generated by the fuel cell stack 24. More particularly, the current can establish storage that can be used later to satisfy an applied load, such as from the energy storage / consumption assembly 52 and / or the fuel cell system 22. The energy storage / consumption assembly 52 may be configured to apply the load to one or more stacks 24 and energy storage devices 78. An example of a suitable energy storage device 78 is a battery, but may be used elsewhere. The energy storage device 78 can additionally or alternatively be used to provide power to the fuel cell system during system startup. It is within the scope of the disclosure herein that the energy storage device 78 can be configured to apply a load to the fuel cell stack 24. In this case, the energy storage device 78 is another exemplary embodiment of a load application assembly or energy storage / consumption assembly, or another exemplary embodiment of this component. It is within the scope of the disclosure herein that the energy generation and consumption assembly 56 includes more than one application assembly 52.

また、エネルギー格納／消費アセンブリ５２の作動を制御するように構成され、そして、燃料電池スタック２４及び／又は燃料供給源４６の作動を制御するようにも構成されうるコントローラ８２を有するコントロールシステム８０が図２に示されている。エネルギー生成及び消費アセンブリ５６の性能は、作動パラメータ及びコントロールシステム８０によって検出される作動パラメータの変化に応答して、調整されて自動的に調節される。   A control system 80 having a controller 82 that is configured to control the operation of the energy storage / consumption assembly 52 and may also be configured to control the operation of the fuel cell stack 24 and / or the fuel supply 46. It is shown in FIG. The performance of the energy generation and consumption assembly 56 is adjusted and automatically adjusted in response to changes in operating parameters and operating parameters detected by the control system 80.

コントローラ８２は、ユニットとして使用されるものとして、図２において例示される。コントローラ８２は、例えばエネルギー格納／消費アセンブリ用コントローラ、燃料電池スタック用コントローラ及び燃料供給源用コントローラといった、別々のコントローラとして使用してもよい。そして、このような個々のコントローラは、適切な通信リンクを介して各々と通信することができる。コントロールシステム８０は、メモリのソフトウェアとして格納されるオペレーティングプログラムのための１又は２以上のアナログ又はデジタル回路、論理演算装置又はプロセッサを含んでもよく、示されているように、各々と連通して１又は２以上の別々の装置を含んでもよい。   The controller 82 is illustrated in FIG. 2 as being used as a unit. The controller 82 may be used as a separate controller, for example, an energy storage / consumption assembly controller, a fuel cell stack controller, and a fuel supply controller. Such individual controllers can then communicate with each other via a suitable communication link. The control system 80 may include one or more analog or digital circuits, logic units or processors for operating programs stored as memory software, and in communication with each one, as shown. Or two or more separate devices may be included.

図２に示される実例において、コントローラ８２は、通信リンク９４を介してエネルギー格納／消費アセンブリ５２と通信して、適切な通信リンク９６及び９８を介して、燃料電池スタック２４及び燃料供給源４６にそれぞれ通信しうる。また、図示されない他のリンクも、使用されうる。例えば、酸素供給源４８、水素格納装置６２、その他に対するリンクがあってもよい。そして、リンク９４、９６及び９８は少なくともコントローラとの片方向通信を可能にする。あるいは、１又は２以上のリンクはコントローラとの双方向通信を可能とする。それによって、コントローラが、アセンブリ５２、スタック２４及び供給源４６の選択値又は選択変数を測定又は監視することを可能にし、典型的に１又は２以上の測定値に応じてこれらのユニットの作動の制御も可能とする。このリンクは、所望のモニタリング及び制御をするための任意の適切なインタフェース、アクチュエータ及び／又はセンサを含みうる。コントロールシステム８０は、センサ、スイッチ、フィードバック機構、他の電気及び／又は機械式回路、などを含むか、又は通信しうる。検出されうる燃料電池スタック２４の値には、スタックにおける１又は２以上の位置での圧力、スタック電流、スタック電圧力、適用される負荷、燃料供給圧力、不使用燃料流量、不使用燃料圧力、スタック温度、水誘電率、エアフロー、排出状況、が含まれうる。   In the example shown in FIG. 2, the controller 82 communicates with the energy storage / consumption assembly 52 via a communication link 94 and communicates to the fuel cell stack 24 and the fuel supply 46 via appropriate communication links 96 and 98. Each can communicate. Other links not shown may also be used. For example, there may be links to the oxygen source 48, the hydrogen storage device 62, etc. The links 94, 96, and 98 allow at least one-way communication with the controller. Alternatively, one or more links allow bi-directional communication with the controller. This allows the controller to measure or monitor selected values or selected variables of the assembly 52, stack 24 and source 46, typically for the operation of these units in response to one or more measured values. Control is also possible. This link may include any suitable interface, actuator and / or sensor for the desired monitoring and control. The control system 80 may include or communicate with sensors, switches, feedback mechanisms, other electrical and / or mechanical circuits, and the like. The values of the fuel cell stack 24 that can be detected include pressure at one or more positions in the stack, stack current, stack voltage force, applied load, fuel supply pressure, unused fuel flow, unused fuel pressure, Stack temperature, water dielectric constant, airflow, discharge status can be included.

燃料プロセッサ６４の形で燃料供給源４６に対してモニタされうる値の例としては、燃料プロセッサの作動モード、供給原料の供給、水素ガスの発生率、作動温度、及び、燃料を生成するための化学的方法のストイキオメトリが挙げられる。酸素供給源４８のためのモニタされた値の例は、空気が燃料処理用アセンブリ及び燃料電池スタックに供給されている率である。酸素供給源４８が燃料供給源及び／又は燃料電池のいずれか又はいずれもに組み込まれているときに、その作動及び測定は概して、組み込まれているユニットに対して対応するリンクに組み込まれる。   Examples of values that can be monitored for the fuel supply 46 in the form of the fuel processor 64 include the fuel processor operating mode, feedstock supply, hydrogen gas generation rate, operating temperature, and fuel production. The chemical method stoichiometry is mentioned. An example of a monitored value for the oxygen source 48 is the rate at which air is being supplied to the fuel processing assembly and the fuel cell stack. When the oxygen source 48 is incorporated into either or both of the fuel source and / or fuel cell, its operation and measurement is generally incorporated into the corresponding link for the incorporated unit.

エネルギー格納／消費アセンブリ５２においてモニタされうる値の例は、燃料電池スタックで用いられる適用負荷である。これらの値の全てが必ずしも本質的であるというわけではなく、そして、特定の要件及びエネルギー生成及び消費アセンブリ、アセンブリの複雑性、制御の所望の基準、特定のユーザの好みに応じて、他の値は同様に測定されうる。コントロールシステム８０は、次図に関連してより詳細に説明される。   An example of a value that can be monitored in the energy storage / consumption assembly 52 is an applied load used in a fuel cell stack. Not all of these values are essential, and depending on the specific requirements and energy generation and consumption assembly, assembly complexity, desired criteria of control, specific user preferences, other The value can be measured as well. The control system 80 is described in more detail in connection with the following figure.

燃料プロセッサのための、作動の典型的モード、又は状態は、始動（スタートアップ）、シャットダウン、アイドル、実ライン運転（ランニング）（アクティブ、水素生成）、及び停止（オフ）、を含む。そして、停止状態にあって、燃料プロセッサは、水素ガスを生成しておらず、水素ガスを生成するために、適切な運転条件に維持されていない。例えば、燃料プロセッサは、任意の供給流を受け入れなくてもよく、加熱されなくてもよい、等である。   Typical modes of operation, or conditions, for the fuel processor include start-up (startup), shutdown, idle, real line operation (running) (active, hydrogen production), and shutdown (off). And in a stop state, the fuel processor is not producing | generating hydrogen gas, and in order to produce | generate hydrogen gas, it is not maintained on the appropriate operating condition. For example, the fuel processor may not accept any feed stream, may not be heated, and so on.

始動運転状態において、燃料プロセッサはオフ状態から、水素ガスを生成するための所望のパラメータで燃料プロセッサが作動するその実ライン運転状態まで移ラインして、燃料は供給原料を受け取り、そこから燃料電池スタック及び／又は水素ストレージ装置への輸送のための水素ガスの名目流量より多く流れを発生する。したがって、スタートアップ状態で、燃料プロセッサは、水素ガスを生成するための例えば温度及び圧力といった所望の運転条件に移ラインされる。例えば、蒸気改質装置の形態である燃料プロセッサは、概して２００℃及び８００℃の範囲の温度で、そして、５０ｐｓｉ及び１０００ｐｓｉ（ゲージ）の範囲の圧力で作動する。但し、例えば、特定の種類及び使用される燃料プロセッサの構成に依存して、これらの範囲外の温度及び圧力を用いることは開示の範囲内である。   In the start-up operating state, the fuel processor moves from the off state to its actual line operating state where the fuel processor operates with the desired parameters for generating hydrogen gas, the fuel receives the feedstock from which the fuel cell stack And / or generate more flow than the nominal flow rate of hydrogen gas for transport to the hydrogen storage device. Thus, in the start-up state, the fuel processor is shifted to the desired operating conditions such as temperature and pressure for producing hydrogen gas. For example, a fuel processor in the form of a steam reformer typically operates at temperatures in the range of 200 ° C. and 800 ° C. and pressures in the range of 50 psi and 1000 psi (gauge). However, it is within the scope of the disclosure to use temperatures and pressures outside these ranges depending on, for example, the particular type and configuration of the fuel processor used.

待機、又は、アイドル、運転状態において、燃料プロセッサは、任意の水素ガスを生成せず、又は、燃料電池スタック又は水素貯蔵装置に概して分配されていない、水素ガスの名目流量を生成しうる。その代わりに、任意の生成された水素ガス（又は他の出力流）も典型的に排出されるか又はバーナー又は他の加熱アセンブリの可燃性燃料として利用される。この加熱アセンブリは、適切な温度又はその付近で、又は、水素ガスを生成するための温度の選択された範囲の中で燃料プロセッサを維持するように構成されうる。しかしながら、アイドル運転状態において、１又は２以上の予め定められた運転条件の発生に、燃料プロセッサがその実ライン運転状態に復帰しうるように、燃料プロセッサは水素ガスを生成するための所望の作動パラメータに典型的に維持される。アイドル運転状態において、上述した水素の名目流量が、生じている場合、燃料電池システムを駆動及び／又はシステムのエネルギー貯蔵装置を再充電するのに十分な電流を生じるために十分な流量であることは、本明細書中の開示の範囲内である。シャットダウン運転状態において、燃料プロセッサは、例えばそのランニング又はアイドル運転状態から、オフ運転状態に移行していく。   In standby, idle, or operating conditions, the fuel processor may produce no nominal hydrogen gas or a nominal flow of hydrogen gas that is not generally distributed to the fuel cell stack or hydrogen storage device. Instead, any generated hydrogen gas (or other output stream) is typically discharged or utilized as a combustible fuel for a burner or other heating assembly. The heating assembly can be configured to maintain the fuel processor at or near an appropriate temperature or within a selected range of temperatures for generating hydrogen gas. However, in an idle operating state, the fuel processor has the desired operating parameters for generating hydrogen gas so that the fuel processor can return to its actual line operating state upon occurrence of one or more predetermined operating conditions. Typically maintained. In idle operating conditions, the above mentioned nominal flow rate of hydrogen, if any, is sufficient to produce enough current to drive the fuel cell system and / or recharge the energy storage device of the system. Are within the scope of the disclosure herein. In the shutdown operation state, the fuel processor shifts from the running or idle operation state to the off operation state, for example.

図３は、燃料電池スタック２４、燃料供給源４６及びコントロールシステム８０を含むように構成されているエネルギー生成及び消費アセンブリ５６の概略的にある。供給燃料４２は、供給圧力Ｐ１で、そして、燃料供給源４６から燃料電池スタック２４のアノード領域への供給流量Ｆ１として、流れる。スタック２４は、電力を発生するために、少なくとも流量Ｆ１の部分Ｐ３を処理する。残留する不使用燃料は、流量Ｆ２と称され、少なくとも一つの出口オリフィス９０を通して、放出流５４としてスタックから放出される。したがって、燃料電池スタック２４の燃料流量は、方程式Ｆｌ＝Ｆ２＋Ｆ３で表されうる。   FIG. 3 is a schematic of an energy generation and consumption assembly 56 that is configured to include a fuel cell stack 24, a fuel supply 46 and a control system 80. The supply fuel 42 flows at a supply pressure P 1 and as a supply flow rate F 1 from the fuel supply source 46 to the anode region of the fuel cell stack 24. The stack 24 processes at least a portion P3 of the flow rate F1 to generate electric power. The remaining unused fuel, referred to as flow rate F2, is discharged from the stack as discharge flow 54 through at least one outlet orifice 90. Therefore, the fuel flow rate of the fuel cell stack 24 can be expressed by the equation Fl = F2 + F3.

燃料電池スタック２４からの不使用燃料の放出は、連続的でもよいし、又は、断続的でもよい。いずれの実施例でも、流れ５４による物理的放出が断続的でありうる場合であっても、不使用燃料Ｆ２の生成は定常流であると考えてもよい。不使用燃料Ｐ２の断続的な物理的放出の場合、不使用燃料の流量は、放出されるまで、燃料電池スタック２４に蓄積する。間欠放電間のタイミングは、所定の期間に設定されてもよく、又はコントローラ８２又は他のコントローラを介したコントロールシステム８０によって制御されてもよい。   The release of unused fuel from the fuel cell stack 24 may be continuous or intermittent. In any embodiment, even if the physical release by stream 54 can be intermittent, the production of unused fuel F2 may be considered a steady flow. In the case of intermittent physical release of unused fuel P2, the flow of unused fuel accumulates in the fuel cell stack 24 until released. The timing between the intermittent discharges may be set to a predetermined period, or may be controlled by the control system 80 via the controller 82 or another controller.

燃料電池スタック２４は、適切な導体８８を経たエネルギー格納／消費アセンブリ５２又は一連の導体論理積回路に電気的にリンクされる。上述のように、エネルギー格納／消費アセンブリ５２は、１又は２以上のエネルギー消費装置８４及び／又は１又は２以上のエネルギー貯蔵装置８６を含みうる。本願明細書において述べられるように、エネルギー格納／消費アセンブリ５２は、燃料電池スタック２４への適用負荷を作動させるように構成されうる。   The fuel cell stack 24 is electrically linked to an energy storage / consumption assembly 52 or series of conductor AND circuits via suitable conductors 88. As described above, the energy storage / consumption assembly 52 may include one or more energy consuming devices 84 and / or one or more energy storage devices 86. As described herein, the energy storage / consumption assembly 52 may be configured to operate an applied load on the fuel cell stack 24.

図示されているように、コントローラ８２は、放出流５４の燃料電池スタック２４から放出される不使用燃料の圧力Ｐ２を検出するように構成されている圧力計１０６とのリンク１０４を介して通信するように構成されている。圧力計１０６は、間欠放電構成といった、燃料電池スタック２４の（蓄積している）不使用燃料の圧力Ｐ２を検出するように構成されうる。本明細書中で使用しているように、出口圧力Ｐ２を検出する圧力計１０６への言及又は出口圧力Ｐ２への他の言及は、エネルギー生成及び消費アセンブリの構成に応じて、放出流５４での圧力、又は、燃料電池スタックでの圧力を示すことを意図している。   As shown, the controller 82 communicates via a link 104 with a pressure gauge 106 configured to detect the pressure P2 of unused fuel released from the fuel cell stack 24 in the discharge stream 54. It is configured as follows. The pressure gauge 106 may be configured to detect the pressure P2 of unused fuel (accumulated) in the fuel cell stack 24, such as an intermittent discharge configuration. As used herein, reference to the pressure gauge 106 that detects the outlet pressure P2 or other references to the outlet pressure P2 may occur in the discharge stream 54, depending on the configuration of the energy generation and consumption assembly. Or the pressure in the fuel cell stack.

同様に、コントロールシステム８０は、圧力計１０２と通信するリンク１００を含んでもよく、これは、供給流量Ｆ１の供給燃料４２の圧力Ｐ１を検出するように構成されている。圧力計１０２は、燃料電池スタック２４内の圧力変化を検出するために燃料電池スタック入口で圧力Ｐ１を検出するように構成されうる。圧力計１０６及び出口圧力Ｐ２と同様に、エネルギー生成及び消費アセンブリの構成に応じて、本願明細書における圧力計１０２及び供給圧力Ｐ１への言及は、燃料電池スタックで、又は、燃料電池スタック及び燃料供給源との間で検出される圧力を示すことを意図している。   Similarly, the control system 80 may include a link 100 in communication with the pressure gauge 102, which is configured to detect the pressure P1 of the supply fuel 42 at the supply flow rate F1. The pressure gauge 102 can be configured to detect the pressure P1 at the fuel cell stack inlet to detect pressure changes in the fuel cell stack 24. As with the pressure gauge 106 and outlet pressure P2, depending on the configuration of the energy generation and consumption assembly, references herein to the pressure gauge 102 and supply pressure P1 may refer to the fuel cell stack or the fuel cell stack and fuel. It is intended to indicate the pressure detected with the source.

不使用燃料の連続放電を伴う、本明細書中の開示によるエネルギー生成及び消費アセンブリ５６におけるいくつかの実施例において、燃料電池スタック２４に亘る圧力低下は、最小限となる。従って、供給圧力Ｐ１、出口圧力Ｐ２、及び、燃料電池スタックの圧力は、実質的に同一であってもよい。同様に、間欠放電アセンブリで、燃料電池スタックの圧力は、燃料入口に印加される背圧力のため、供給圧力Ｐ１と実質的に同一でありうる。したがって、本願明細書における図面及び説明が特に出口流量、出口圧力、供給圧力、供給流量、燃料電池スタック圧力、に特に言及しているが、このような参照及び説明はすべて、スタックの中での、又は、スタックに連通する流体中での、燃料電池スタックの圧力又は流量を測定することを全体的に示すことを意図している。後述するように、燃料電池スタックでの圧力及び／又は流量の基準が、供給流量Ｆ１上の圧力安全弁又は圧力制御器の前又は後で測定される圧力又は流量を含むものであることは、本明細書中の開示の範囲内である。従って、本明細書中の開示の範囲内において、燃料電池スタックに関する圧力及び／又は流量は、スタックへの輸送の前に、及び／又は、スタックから排出された後に、測定されうる。後述する特定の実施例は、例示目的のみである。   In some embodiments in the energy generation and consumption assembly 56 according to the disclosure herein with continuous discharge of unused fuel, the pressure drop across the fuel cell stack 24 is minimal. Accordingly, the supply pressure P1, the outlet pressure P2, and the fuel cell stack pressure may be substantially the same. Similarly, in an intermittent discharge assembly, the pressure in the fuel cell stack can be substantially the same as the supply pressure P1 due to the back pressure applied to the fuel inlet. Thus, while the drawings and descriptions herein specifically refer to outlet flow, outlet pressure, supply pressure, supply flow, fuel cell stack pressure, all such references and descriptions are within the stack. Or is intended to generally indicate measuring the pressure or flow rate of a fuel cell stack in a fluid in communication with the stack. As will be described later, it is understood herein that the pressure and / or flow rate reference in the fuel cell stack includes pressure or flow rate measured before or after the pressure relief valve or pressure controller on the supply flow rate F1. Within the scope of the disclosure. Thus, within the scope of the disclosure herein, the pressure and / or flow rate for a fuel cell stack can be measured prior to transport to the stack and / or after being exhausted from the stack. The specific embodiments described below are for illustrative purposes only.

コントロールシステム８０及びコントローラ８２は、追加的なコントローラ及びリンクを含んでもよい。加えて、これらの図示する通信リンク及び相互関連性の全てが、必須というわけではない。図示している非限定的な実施例として、いくつかの実施例は、供給燃料の圧力を測定しなくてもよく、及び／又は、リンクが燃料供給源になくてもよい。   Control system 80 and controller 82 may include additional controllers and links. In addition, not all of these illustrated communication links and interrelationships are required. As a non-limiting example, illustrated, some embodiments may not measure the feed fuel pressure and / or the link may not be in the fuel source.

上記のように、エネルギー生成及び消費アセンブリ５６及び燃料電池システム２２は、異なるモードの燃料電池スタック２４から不使用燃料を放出するように構成されうる。これらのモードは、少なくとも連続ブリードモード、及び、断続的な、又はパージベースモードを含む。連続ブリードモードにおいて、不使用燃料は、燃料電池スタックによる電気の生成中に、燃料電池スタック２４から、連続的に、そして、並ラインして放出される。間欠モードにおいて、不使用燃料は、周期的に放出されて、燃料電池スタックをパージしうる方法で放出されうる。   As described above, the energy generation and consumption assembly 56 and the fuel cell system 22 can be configured to release unused fuel from the fuel cell stack 24 in different modes. These modes include at least a continuous bleed mode and an intermittent or purge-based mode. In continuous bleed mode, unused fuel is discharged continuously and side by side from the fuel cell stack 24 during the generation of electricity by the fuel cell stack. In intermittent mode, unused fuel can be released periodically and in a manner that can purge the fuel cell stack.

連続ブリードモードで作動されるいくつかの燃料電池システム２２において、出口オリフィス９０は特定の用途に適切な固定サイズ及び／又は流れ特性（サイズ及び流れ特性を組合せたオリフィスの組合せを含む）を有してもよく、そして、出口圧力及び流量は燃料電池によって消費される供給圧力及び流量に依存する。例えば、直径０．０３３インチといった直径０．１インチ未満の出口オリフィス、又は、直径０．０２−０．０７インチの範囲の他の選択された（総体的な）サイズのものが、使用されうる。特定の直径を有する円形のオリフィスが述べられているが、出口オリフィスは、単一のオリフィス又はオリフィスの組合せといった、特定のシステム及び／又は用途のために、任意の適切な個々の及び／又は、総体的な断面サイズ、形状及び／又は流れ特性を有しうる。   In some fuel cell systems 22 operated in continuous bleed mode, the outlet orifice 90 has a fixed size and / or flow characteristics (including a combination of orifices that combine size and flow characteristics) appropriate for a particular application. And the outlet pressure and flow rate depend on the supply pressure and flow rate consumed by the fuel cell. For example, exit orifices less than 0.1 inches in diameter, such as 0.033 inches in diameter, or other selected (overall) sizes in the range of 0.02-0.07 inches in diameter may be used. . Although a circular orifice having a particular diameter is described, the exit orifice may be any suitable individual and / or for a particular system and / or application, such as a single orifice or a combination of orifices. It may have an overall cross-sectional size, shape and / or flow characteristics.

連続ブリードモードで作動される燃料電池システム２２の他の実施例において、コントロールシステム８０は、１又は２以上の出口オリフィスのうちの少なくとも１つのサイズを制御するように構成されうる。図３において図式的に例示されるように、コントローラ８２は通信リンク９７を介して出口オリフィス９０に任意的に結合されうる。このような実施例において、出口オリフィス９０は、オリフィス調整弁９２を備えてもよい。出口オリフィスのサイズを制御することによって、放出流５４の不使用燃料流量の率は制御され、出口圧力Ｐ２は制御される。いくつかの燃料電池システム２２において、出口圧力の変化は、供給圧力Ｐ１において対応する変化をもたらす。出口オリフィスのサイズを制御することは、少なくとも一つの他の部材の機能に影響を及ぼすためにエネルギー生成及び消費アセンブリの１つの変数を能動的に制御する方法の１つの実施例である。例えば、出口オリフィス９０のサイズを減らすことによって放電率が低下する。そして、これは、いくつかのアセンブリにおいて、利用率を増加させうる。本明細書において、単に出口オリフィスと称されるにもかかわらず、複数のオリフィスが用いてもよく、及び／又は、２つ以上の放出口又は他の開口が出口オリフィスと集合的に呼ばれうることは、本明細書中の開示の範囲内である。   In other embodiments of the fuel cell system 22 operated in continuous bleed mode, the control system 80 may be configured to control the size of at least one of the one or more exit orifices. As schematically illustrated in FIG. 3, the controller 82 may optionally be coupled to the outlet orifice 90 via a communication link 97. In such an embodiment, the outlet orifice 90 may comprise an orifice adjustment valve 92. By controlling the size of the outlet orifice, the rate of unused fuel flow in the discharge stream 54 is controlled and the outlet pressure P2 is controlled. In some fuel cell systems 22, changes in outlet pressure result in corresponding changes in supply pressure P1. Controlling the size of the exit orifice is one example of a method of actively controlling one variable of the energy generation and consumption assembly to affect the function of at least one other member. For example, reducing the size of the exit orifice 90 reduces the discharge rate. And this can increase utilization in some assemblies. Although referred to herein simply as outlet orifices, multiple orifices may be used and / or two or more outlets or other openings may be collectively referred to as outlet orifices. That is within the scope of the disclosure herein.

間欠モードにおいて作動される燃料電池システム２２におけるいくつかの実施例において、オリフィス９０は、閉止され続けられ、又は、少なくとも不使用燃料の放出間において、実質的に閉止される。そして、燃料電池スタックは、燃料が消費量に合致又はほぼ合致する率で供給されるように作動される。   In some embodiments in the fuel cell system 22 operated in intermittent mode, the orifice 90 continues to be closed, or at least substantially closed during the discharge of unused fuel. The fuel cell stack is then operated so that the fuel is supplied at a rate that matches or nearly matches the consumption.

燃料電池のパージ又は放出中において、燃料が急速に出口オリフィス９０中を流れうるように、弁９２は広く開かれうる。必須ではないが、パージ間の期間は、放出の継続よりもより長くなってもよい。例えば、１秒のパージは、燃料電池スタックの作動の３０秒ごとに発生するようにしてもよい。各パージの間に１リットルの燃料が放出される場合、そして、４９リットルの燃料が、パージ間の電気の生成において消費され、燃料電池スタックが燃料の９８パーセントを用いている。このように、燃料電池スタックは、燃料の９８％の利用率を有しているとして記述されうる。   The valve 92 can be wide open so that fuel can rapidly flow through the exit orifice 90 during the purge or discharge of the fuel cell. Although not required, the period between purges may be longer than the duration of the release. For example, a 1 second purge may occur every 30 seconds of operation of the fuel cell stack. If 1 liter of fuel is released during each purge, then 49 liters of fuel is consumed in generating electricity between purges and the fuel cell stack is using 98 percent of the fuel. Thus, a fuel cell stack can be described as having a 98% utilization of fuel.

各パージの持続時間、パージの頻度、又は、これらの両方は、通信リンク９７を経た出口オリフィス９０へのリンクコントローラ８２などによって、いくつかの燃料電池システムにおいて様々である。パージの頻度及び／又は期間を変化させることによって、燃料利用の制御が提供されうる。燃料電池システムの所与の運転条件に対して、パージの期間又は頻度の増加は、燃料利用の対応する減少をもたらす。他の実施例において、パージの頻度及び／又は期間を変えることは、選択された利用水準を維持するために実行されうる。例えば、燃料電池スタックによる燃料の縮小された消費水準、又は、縮小された供給燃料圧力Ｐ１で、パージは、より短期間及び／又は減少した頻度になりうる。逆に、より高い消費水準及び／又はより高い供給燃料圧力で、パージは、より長期間及び／又は増加した頻度になりうる。パージの頻度及び期間が、燃料電池スタックによって消費される燃料の量又は燃料電池スタックによって生成される電流といった、エネルギー生成及び消費アセンブリの１又は２以上の変数に基づいて能動的に制御されるような断続的なパージ作動は、本明細書中の開示の範囲内に含まれる。   The duration of each purge, the frequency of purge, or both, will vary in some fuel cell systems, such as by the link controller 82 to the exit orifice 90 via the communication link 97. By varying the frequency and / or duration of the purge, control of fuel usage can be provided. For a given operating condition of the fuel cell system, increasing the purge period or frequency results in a corresponding decrease in fuel utilization. In other embodiments, changing the frequency and / or duration of the purge can be performed to maintain a selected utilization level. For example, with a reduced consumption level of fuel by the fuel cell stack, or with a reduced supply fuel pressure P1, the purge can be shorter and / or have a reduced frequency. Conversely, at higher consumption levels and / or higher feed fuel pressure, the purge can be longer and / or increased in frequency. The frequency and duration of the purge is actively controlled based on one or more variables of the energy generation and consumption assembly, such as the amount of fuel consumed by the fuel cell stack or the current generated by the fuel cell stack. Such intermittent purge operations are included within the scope of the disclosure herein.

上記のように、コントロールシステム８０は、燃料供給源、燃料電池スタック又はエネルギー格納／消費アセンブリと関連した値を含むエネルギー生成及び消費アセンブリの１又は２以上の変数をモニタするように構成されうる。「関連された」ものによって、コントロールシステム（及び／又はコントローラ）が、対応する流れ又は部材の変数を、測定、算出、又は、さもなければ、直接又は間接的に、検出するように構成されていることが意味される。測定量の値は、コントロールシステムに直接入力されうる。しかしながら、コントロールシステム（及び／又はコントローラ）が、変数（例えばそのデジタル表記、閾値又はその前回値に基づく変数の値を表すエラー信号、測定量の規格化又はスケール値、など）の測定値を表すか、又は、導出される入力を受信するように構成されていることは、本明細書中の開示の範囲内である。   As described above, the control system 80 may be configured to monitor one or more variables of the energy generation and consumption assembly, including values associated with the fuel supply, fuel cell stack or energy storage / consumption assembly. By “associated”, the control system (and / or controller) is configured to measure, calculate, or otherwise detect, directly or indirectly, a corresponding flow or member variable. Is meant to be. The value of the measurand can be entered directly into the control system. However, the control system (and / or controller) displays the measured value of the variable (eg, its digital representation, the error signal representing the value of the variable based on its threshold value or its previous value, the measurement normalization or scale value, etc.). It is within the scope of the disclosure herein to be configured to receive input that is either derived.

本願明細書において更に詳細に述べられるように、コントローラは、水素流と関連した変数といった変数に（少なくとも一部において）応答した燃料プロセッサ及び燃料電池スタックの作動といった、燃料電池システムの１又は２以上の機能部材の作動を制御するように構成されうる。所与の変数が特定の部材とより密接に関連しうる一方、ある変数は２又は３以上の部材に直接、又は、間接的に影響を及ぼしうる。例えば、燃料プロセッサへの供給原料流の圧力は、燃料供給源に最も密接に関連しうるが、間接的に、電流を生じる燃料電池スタックの能力に影響を及ぼす。本明細書中で使用しているように、２つ以上の機能部材に影響を及ぼす変数は「共通変数」と称されうる。そして、それは共用変数又は相互の変数と称されうる。このような変数の例示的な（非限定的な）実施例は、燃料プロセッサによって生成されて、燃料電池スタックによって消費される水素（又は他の燃料）流６６の圧力である。   As described in further detail herein, the controller may include one or more of the fuel cell system, such as the operation of the fuel processor and the fuel cell stack in response to (at least in part) a variable such as a variable associated with hydrogen flow. It can be configured to control the operation of the functional member. While a given variable may be more closely related to a particular member, a variable may directly or indirectly affect two or more members. For example, the pressure of the feed stream to the fuel processor may be most closely related to the fuel source, but indirectly affects the ability of the fuel cell stack to generate current. As used herein, a variable that affects two or more functional members may be referred to as a “common variable”. It can then be referred to as a shared variable or a mutual variable. An exemplary (non-limiting) example of such a variable is the pressure of the hydrogen (or other fuel) stream 66 generated by the fuel processor and consumed by the fuel cell stack.

図３の参照を続けると、本明細書中の開示のいくつかの構成において、コントロールシステム８０は、燃料供給源４６及び燃料電池スタック２４を含む、燃料電池システムの作動を制御するように構成されうる。そして、燃料供給源４６及び燃料電池スタック２４は、これらのいずれにも共通し、又は、関連しうる、変数に少なくとも一部基づいている。より詳しくは、コントロールシステム８０は、変数の値、燃料プロセッサ及び燃料電池スタックの運転状態、に関連した入力に少なくとも一部応答して、制御するように構成されうる。
この制御は、特定の閾値を上回る変数の値に応じて、単にシャットダウンするかシステムを開始することを超えたものでありうる。例えば、コントロールシステム８０は、変数をモニタして、作動中の運転状態の燃料電池システムを維持するように構成されうる。この運転状態において、燃料プロセッサは、燃料（例えば水素ガス）を生成し、そして、燃料電池スタックは、燃料及び酸化剤を受け入れて、例えば適用される負荷を満たすために、電流を発生する。コントロールシステムは燃料プロセッサの作動中の運転状態を調整するように構成され、そして、作動中の運転状態の燃料電池システムを維持する燃料電池スタックは、少なくとも変数を表す測定値に少なくとも一部基づいている。このように、この制御は、１又は２以上の適用負荷を燃料電池システムに制限し、値の選択範囲内に変数の値を維持してこれによってアクティブ作動状態において燃料電池システムを維持するために水素ガス（又は他の燃料）の生成率を調整すること、を含む。このような実施例では、コントロールシステム（及び／又はコントローラ）は、燃料電池システムの作動を選択された閾値内で所与の変数（例えば水素（又は他の燃料流）の圧力）を維持するために制御すると記述されうる。 With continued reference to FIG. 3, in some configurations disclosed herein, the control system 80 is configured to control the operation of the fuel cell system, including the fuel supply 46 and the fuel cell stack 24. sell. The fuel supply 46 and the fuel cell stack 24 are based at least in part on variables that may be common to or related to both. More particularly, the control system 80 may be configured to control in response at least in part to inputs related to variable values, fuel processor and fuel cell stack operating conditions.
This control can go beyond simply shutting down or starting the system, depending on the value of a variable above a certain threshold. For example, the control system 80 can be configured to monitor variables and maintain an operating fuel cell system in operation. In this operating state, the fuel processor produces fuel (eg, hydrogen gas) and the fuel cell stack receives the fuel and oxidant and generates current, for example, to meet the applied load. The control system is configured to adjust the operating state of the fuel processor in operation, and the fuel cell stack that maintains the operating fuel cell system in operation is based at least in part on measurements that represent the variable. Yes. Thus, this control limits one or more applied loads to the fuel cell system and maintains the value of the variable within a selected range of values, thereby maintaining the fuel cell system in an active operating state. Adjusting the production rate of hydrogen gas (or other fuel). In such an embodiment, the control system (and / or controller) may maintain a given variable (eg, hydrogen (or other fuel flow) pressure) within a selected threshold for operation of the fuel cell system. It can be described as controlling.

本明細書で使用されるように、コントロールシステム８０（及び／又はコントローラ８２）が燃料プロセッサ又は燃料電池スタックの作動又は運転状態を制御するものと記述されるときに、この制御は、燃料処理用アセンブリ（燃料プロセッサと関連した燃料プロセッサ及び／又は部材）の構成要素又は燃料電池システム（燃料電池スタックと関連した燃料電池スタック及び／又は部材）の作動を制御することであるか、及び／又は、それを含んでいてもよい。実例として、燃料プロセッサの作動は、カーボン含有であるか他の供給原料が燃料プロセッサに（例えば、供給原料を燃料プロセッサに輸送するように構成されている供給原料配送システムの作動を制御することによって）輸送される１又は２以上の率、燃料プロセッサを加熱するように構成されているバーナー又は他の加熱アセンブリの作動、燃料プロセッサの圧力など、を調整することによって制御されうる。関連がある実施例として、燃料電池スタックの作動は、燃料電池スタックへの酸化剤及び／又は水素ガスの１又は２以上の流量、このスタックに関連する冷却又は他の熱交換アセンブリ、スタックに適用される負荷、などを調整することによって制御されうる。   As used herein, when the control system 80 (and / or the controller 82) is described as controlling the operating or operating state of a fuel processor or fuel cell stack, this control may be used for fuel processing. Controlling the operation of components or fuel cell systems (fuel cell stacks and / or members associated with fuel cell stacks) of assemblies (fuel processors and / or members associated with fuel processors) and / or It may be included. Illustratively, the operation of the fuel processor is controlled by controlling the operation of a feed delivery system that is configured to transport carbon stock or other feed to the fuel processor (e.g., feed to the fuel processor). ) May be controlled by adjusting the rate of one or more being transported, the operation of a burner or other heating assembly configured to heat the fuel processor, the pressure of the fuel processor, and the like. As a related example, the operation of a fuel cell stack applies to one or more flow rates of oxidant and / or hydrogen gas to the fuel cell stack, cooling or other heat exchange assemblies associated with the stack, the stack Can be controlled by adjusting the load, etc.

いくつかの実施例において、コントロールシステム８０は、燃料電池スタックへの供給燃料の流量に少なくとも一部に基づき、燃料供給源４６及び／又は燃料電池スタック２４を制御するように構成されうる。例えば、供給燃料の生成は、エネルギー格納／消費アセンブリ５２の電気的負荷を満たすために要求されるような、関連する化学的方法及び／又は燃料処理用アセンブリの生成効率のストイキオメトリを制御することによって、及び／又はストレージ装置から供給燃料の放出を制御することによって、及び／又は、燃料供給源４６の、運転状態、生成効率、その他を調整することによって、制御されうる。燃料電池システムのいくつかの実施例において、燃料の流量Ｆ１は、直ちに直接的には測定されない。そして、この種の実施例において、流量Ｆ１は、流量Ｆ３によって表される、スタックによって消費された燃料、及びオリフィス９０から放出される不使用燃料の流量Ｐ２を決定することによって、間接的に決定されうる。   In some embodiments, the control system 80 may be configured to control the fuel supply 46 and / or the fuel cell stack 24 based at least in part on the flow rate of fuel supplied to the fuel cell stack. For example, supply fuel generation controls the stoichiometry of the production efficiency of the associated chemical method and / or fuel processing assembly as required to meet the electrical load of the energy storage / consumption assembly 52. And / or by controlling the release of the fuel supply from the storage device and / or by adjusting the operating conditions, production efficiency, etc. of the fuel supply 46. In some embodiments of the fuel cell system, the fuel flow F1 is not immediately measured directly. And in this type of embodiment, the flow rate F1 is determined indirectly by determining the flow rate P2 of the fuel consumed by the stack and the unused fuel discharged from the orifice 90, represented by the flow rate F3. Can be done.

追加的な実施例として、コントロールシステム８０は、生成される電力基準を検出して、燃料電池スタックによって生成される電力の所与の水準に対して所与の割合の供給燃料を燃料電池スタックが消費する目標供給圧力を決定して、目標供給圧力に基づいて燃料電池スタックの作動を制御するように、構成されていると記述されうる。例えば、燃料供給源及び／又は燃料電池スタックは、燃料供給源又は出口圧力を目標圧力について維持するように制御されうる。更に、コントロールシステムは、供給圧力又は出口圧力を目標圧力に変えるように燃料供給源の作動を制御するように更に構成されうる。燃料電池スタックによって生成される電力の変化は検出され、そして、目標供給圧力はこの電力の検出変化に基づいて変わりうる。燃料供給源が供給燃料を１又は２以上の供給原料から生成するように構成されている実施例において、コントロールシステムは、決定された目標圧力に基づいて及び／又は供給燃料の決定された流量に基づいて燃料供給源によって供給原料の使用を制御するように構成されうる。燃料供給源が供給燃料を生成する燃料プロセッサを含む実施例において、コントロールシステムは、供給燃料の決定された流量に基づいて化学的方法のストイキオメトリを決定して、決定されたストイキオメトリに基づいて供給燃料の生成を制御するように構成されうる。   As an additional example, the control system 80 detects the power reference that is generated so that the fuel cell stack delivers a given percentage of the supplied fuel for a given level of power generated by the fuel cell stack. It can be described as configured to determine a target supply pressure to consume and control the operation of the fuel cell stack based on the target supply pressure. For example, the fuel supply and / or fuel cell stack may be controlled to maintain the fuel supply or outlet pressure for the target pressure. Further, the control system can be further configured to control the operation of the fuel source to change the supply pressure or outlet pressure to the target pressure. A change in power generated by the fuel cell stack is detected, and the target supply pressure can change based on the detected change in power. In embodiments where the fuel source is configured to produce feed fuel from one or more feedstocks, the control system may be based on the determined target pressure and / or at the determined flow rate of the feed fuel. Based on, the fuel supply can be configured to control the use of the feedstock. In an embodiment in which the fuel source includes a fuel processor that generates a supply fuel, the control system determines a stoichiometry of the chemical method based on the determined flow rate of the supply fuel and adds the stoichiometry to the determined stoichiometry. Based on this, it can be configured to control the generation of the feed fuel.

図４は、エネルギー生成及び消費アセンブリ５６の実施例を示し、変数１０９にいずれも影響する第１部材１０７及び第２部材１０８を機能又は作動する。いくつかの以下の実例において、変数１０９は、燃料流６６における水素ガス４２の圧力Ｐ、又は、燃料電池スタック２４での圧力Ｐであってもよく、含んでいてもよい。説明されるように、上述した１又は２以上の変数を含む、他の変数が利用されうることは、本明細書中の開示の範囲内である。以下の実施例では、第１及び第２の部材１０７、１０８は、燃料プロセッサ４６及び燃料電池スタック２４として例示されて説明される。そして、その１又は２以上は変数１０９の値に基づくコントロールシステム８０によって制御されうる。本願明細書において更に詳細に述べられるように、燃料プロセッサ及び燃料電池スタックは、本明細書中の開示の範囲内の第１及び第２の部材の排他的な組ではない。例えば、第１及び第２の部材１０７、１０８は、エネルギー格納／消費アセンブリ５２及び燃料供給源４６、又は、エネルギー生成及び消費アセンブリの他の構成要素を表しうる。   FIG. 4 illustrates an embodiment of the energy generation and consumption assembly 56 that functions or operates the first member 107 and the second member 108 that both affect the variable 109. In some examples below, the variable 109 may be or may include the pressure P of the hydrogen gas 42 in the fuel stream 66 or the pressure P in the fuel cell stack 24. As described, it is within the scope of the disclosure herein that other variables can be utilized, including one or more of the variables described above. In the following embodiments, the first and second members 107, 108 are illustrated and described as the fuel processor 46 and the fuel cell stack 24. One or more of them can be controlled by the control system 80 based on the value of the variable 109. As described in further detail herein, the fuel processor and fuel cell stack are not an exclusive set of first and second members within the scope of the disclosure herein. For example, the first and second members 107, 108 may represent the energy storage / consumption assembly 52 and the fuel supply 46, or other components of the energy generation and consumption assembly.

図４において概略的に例示されるように、コントロールシステム８０は第１及び第２の制御ループ１１０及び１１２を含む。両方の制御ループは、ゲージ１１６又は流れと関連した他のセンサから燃料流６６の圧力Ｐを示す信号を受け取る共通のセンサ出力ライン１１４を共有してもよい（しかし、必須ではない）。付与される制御構成は、概略的に示され、様々な形態で実装されうることは容易に理解されうる。例えば、別々のライン及び／又はセンサが、用いられうる。上述の通り、コントロールシステム８０は、燃料電池スタック２４の圧力、燃料流６６の圧力、放出流５４の圧力又はエネルギー生成及び消費アセンブリの他の変数を検出するように構成されうる。   As schematically illustrated in FIG. 4, the control system 80 includes first and second control loops 110 and 112. Both control loops may share a common sensor output line 114 that receives a signal indicative of the pressure P of the fuel flow 66 from the gauge 116 or other sensor associated with the flow (but is not required). The assigned control configuration is shown schematically and can be easily understood to be implemented in various forms. For example, separate lines and / or sensors can be used. As described above, the control system 80 may be configured to detect the pressure of the fuel cell stack 24, the pressure of the fuel stream 66, the pressure of the discharge stream 54 or other variables of the energy production and consumption assembly.

本明細書中の開示によるいくつかの実施例で、センサ出力ライン１１４は、第１及び第２の基準デバイス１１８及び１２０に連結されていてもよい。各基準デバイスは、エラー信号を生成するように構成されている任意の適切な回路も又は論理演算装置であってもよい。基準デバイスは、任意的であってもよい。基準デバイスの例には、加算器、減算器、コンパレータ、差動アンプ、などを含めることができる。含まれる場合には、基準デバイス１１８及び１２０は、それぞれの基準信号ライン１２２及び１２４の基準信号を受信することができる。基準デバイス１１８のために、基準信号は、燃料供給源４６に関連する、一定の、又は、決定された値を、含みうる。この値は、圧力ＰＦＳとして示されうる。基準デバイス１２０に対して、基準信号は燃料電池スタック２４に関連した設定値であってもよい。そして、その値は、圧力Ｐｒｅとして示されうる。制御システム８０がエネルギー生成及び消費アセンブリの他の構成要素と連通するように構成されるときに、基準デバイス及び設定値は異なる部材と関連してもよく、圧力以外の変数を含みうる。ライン１１４上の検出圧力信号と、設定値圧力ＰＦＳとの差異は、デバイス１１８で測定されうる。そして、この差異は、エラー信号ライン１２６上のエラー信号としての出力でありうる。同様に、ライン１１４上の検出された圧力信号と、圧力ＰＦＣに対する設定値との差異は、デバイス１２０で測定されうるし、エラー信号ライン１２８上のエラー信号としての出力でありうる。 In some embodiments in accordance with the disclosure herein, sensor output line 114 may be coupled to first and second reference devices 118 and 120. Each reference device may be any suitable circuit or logic unit configured to generate an error signal. The reference device may be optional. Examples of reference devices can include adders, subtractors, comparators, differential amplifiers, and the like. If included, reference devices 118 and 120 may receive reference signals on respective reference signal lines 122 and 124. For reference device 118, the reference signal may include a constant or determined value associated with fuel source 46. This value can be indicated as pressure P FS . For the reference device 120, the reference signal may be a set value associated with the fuel cell stack 24. The value can then be indicated as pressure Pre. When the control system 80 is configured to communicate with other components of the energy generation and consumption assembly, the reference device and settings may be associated with different members and may include variables other than pressure. The difference between the detected pressure signal on line 114 and the set point pressure P FS can be measured at device 118. This difference can be an output as an error signal on the error signal line 126. Similarly, the detected pressure signal on line 114, the difference between the set value for the pressure P FC, to be measured by the device 120, it may be output as an error signal on the error signal line 128.

エネルギー生成及び消費アセンブリのいくつかの実施例において、エラー信号は、機能ユニット１０７に関連した第１信号プロセッサ１３０に、そして、機能ユニット１０８に関連した第２信号プロセッサ１３２に、それぞれ印加されうる。これらの信号プロセッサは、それぞれの制御信号ライン１３４及び１３６によって、関連する機能ユニットに結合されていてもよい。各信号プロセッサは、関連する機能部材の機能を制御することに適切な対応制御信号ライン上の制御信号を駆動するための、少なくとも制御変数の一部を表す、入力信号を用いる任意の適切なデバイスも含みうる。基準デバイス１１８、１２０、信号プロセッサ１３０、１３２、さまざまな信号ライン、及び、コントロールシステム８０の一部として記述される他の部材は、コントロールシステムの一つの構成を表す。他の構成は、本願明細書において記載されている制御を実施するために用いられうる。そして、これらの構成のいくつかは、より多くの又はより少しの、センサ、プロセッサ、及び、他の部材を含みうる。   In some embodiments of the energy generation and consumption assembly, the error signal may be applied to the first signal processor 130 associated with the functional unit 107 and to the second signal processor 132 associated with the functional unit 108, respectively. These signal processors may be coupled to associated functional units by respective control signal lines 134 and 136. Each signal processor is any suitable device that uses input signals to represent at least some of the control variables for driving control signals on corresponding control signal lines suitable for controlling the function of the associated functional member. Can also be included. Reference devices 118, 120, signal processors 130, 132, various signal lines, and other components described as part of control system 80 represent one configuration of the control system. Other configurations can be used to implement the controls described herein. And some of these configurations may include more or fewer sensors, processors, and other components.

信号プロセッサ１３０及び１３２は、関連する機能ユニットの作動上のエラー信号の所期の効果を表すエラー信号を修正するように構成されうる。例えば、信号プロセッサは、比例ユニット、集積ユニット及び微分ユニットを、１又は２以上含みうる。比例ユニットは、任意の適切な値（例えば正又は負のゼロでない値、１未満、１に等しい又は１を超える値）でもありうる特定のファクターによって、エラー信号の値を増減しうる。集積ユニットは、エラー信号を時間に亘って蓄積してもよく、エラー信号がゼロ又は何らかの基準をこえて存在すると、制御信号の基準が大きくなる。微分ユニットは、一方では、エラー信号の変化率を表す制御信号を発生しうる。換言すれば、例えば、エラー信号で急速な増加があるときに、その後、制御信号はこれにしたがって増加しうる。これらのそして他のエラー信号の特徴は、共に、関連する機能ユニットを制御するために適した制御信号を生成するための基準と、対応する機能ユニットの伝達関数に少なくとも一部任意的に基づいた、組合せであってもよい。任意的には、他の種類の制御方法（例えばルールベース制御技術）が、用いられうる。   The signal processors 130 and 132 can be configured to modify an error signal that represents the desired effect of the error signal on the operation of the associated functional unit. For example, the signal processor may include one or more of a proportional unit, an integrated unit, and a differentiating unit. The proportional unit may increase or decrease the value of the error signal by a particular factor that may be any suitable value (eg, a positive or negative non-zero value, a value less than 1, a value equal to 1 or greater than 1). The integrated unit may accumulate the error signal over time, and if the error signal is zero or exceeds some criterion, the control signal criterion becomes large. On the one hand, the differentiation unit can generate a control signal representing the rate of change of the error signal. In other words, for example, when there is a rapid increase in the error signal, the control signal can then increase accordingly. Both these and other error signal characteristics are optionally based at least in part on criteria for generating a control signal suitable for controlling the associated functional unit and the transfer function of the corresponding functional unit. Or a combination. Optionally, other types of control methods (eg, rule-based control techniques) can be used.

入力信号は、信号プロセッサが制御信号を生じるために使用するのに適切な任意の信号も含みうる。したがって、信号プロセッサは、所望の制御信号を生じる任意の回路又は論理演算装置又はデバイスを含みうる。いくつかの実施例において、信号プロセッサ１３０は、入力としてエラー信号を受信して、供給流６８の１又は２以上の入力供給原料から燃料プロセッサ６４によって燃料生成のストイキオメトリを制御するために適切である制御信号を発生しうる。同様に、例えば酸化剤導入速度を変化させることによって、信号プロセッサ１３２は、燃料電池スタック２４の作動を制御するために適切である制御信号を生じうる。別の例として、燃料流６６及び酸化剤流からの燃料電池スタック２４によって、信号プロセッサ１３２は、電流及びこれによる電力の生成を制御するために適切である制御信号を生じるように構成されうる。電流生成のアクティブ制御は、例えば、制御信号を負荷調整装置（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣインバータ、可変抵抗部材（例えばレジスタンスベイ）又はエネルギー格納／消費アセンブリ５２に含まれる他の部材又は装置）に適用することによって達成されうる。   The input signal may also include any signal suitable for use by the signal processor to generate a control signal. Thus, the signal processor may include any circuit or logic unit or device that produces the desired control signal. In some embodiments, signal processor 130 receives an error signal as input and is suitable for controlling fuel production stoichiometry by fuel processor 64 from one or more input feeds of feed stream 68. A control signal can be generated. Similarly, by changing the oxidant introduction rate, for example, the signal processor 132 may generate a control signal that is appropriate for controlling the operation of the fuel cell stack 24. As another example, with fuel cell stack 24 from fuel stream 66 and oxidant stream, signal processor 132 may be configured to generate control signals that are appropriate to control the generation of current and thereby power. Active control of current generation may include, for example, control signals as load regulation devices (eg, DC / DC converters, DC / AC inverters, variable resistance members (eg, resistance bays) or other members or devices included in the energy storage / consumption assembly 52 ) Can be achieved.

例えば、燃料流６６が閾値ＰＦＳよりも上の圧力を有しているときに、コントローラは、適切な制御信号を送信して、燃料（上述しているように、しばしば水素ガスである）の発生を適切に減少させ、及び／又は、燃料電池スタック（例えば、スタックに印加される負荷を増加させることによって）の電流の生成の適切に増加させるように導きうる。そして、燃料流量の減少又は生成電流の増加は、燃料電池スタック２４によって生じる背圧力を減らすことによって、閾値圧力ＰＦＳの下への燃料流の圧力の減少をもたらしうる。この燃料流圧力の減少は、エラー信号ライン１２６上のエラー信号の減少をもたらしうる。本明細書で示される閾値は、制御などの特定の作動又は度合いに対して、任意の所定の、又は、（例えば、特定の実施例の燃料電池システム２２に対して選択されうる）予め選択された値でもあってもよい。 For example, when the fuel stream 66 has a pressure above the threshold P FS , the controller sends an appropriate control signal for the fuel (often hydrogen gas as described above). It can be directed to appropriately reduce the generation and / or appropriately increase the generation of current in the fuel cell stack (eg, by increasing the load applied to the stack). Then, a decrease in fuel flow rate or an increase in generated current may result in a decrease in fuel flow pressure below the threshold pressure PFS by reducing the back pressure generated by the fuel cell stack 24. This reduction in fuel flow pressure can result in a reduction in the error signal on error signal line 126. The thresholds shown herein may be any predetermined or pre-selected (eg, may be selected for a particular example fuel cell system 22) for a particular operation or degree, such as control. It may also be a value.

本明細書中の開示による全てのエネルギー生成及び消費アセンブリにおいて任意的であり必須ではないが、図４にて図示したように、圧力安全弁１５６は燃料流６６に使用されてもよい。圧力安全弁１５６は、燃料流の圧力を最大圧力ＰＲＶに制限するように構成されうる。最大圧力ＰＲＶは、エネルギー生成及び消費アセンブリの１又は２以上の構成要素に損傷が発生するおそれのある圧力を表しうる。代換的に、又は、追加的に、最大圧力ＰＲＶは、エネルギー生成及び消費アセンブリの任意の１又は２以上の構成要素がいくつかの他の方法でより低効率となるような望ましくない作動をするおそれのある圧力を表しうる。図４を参照すると、圧力安全弁１５６は、ゲージ１１６の前に配置されるように示されている。圧力安全弁１５６がゲージ１１６の後に配置され、又は、ゲージと統合されることは、本明細書中の開示の範囲内である。加えて、燃料流６６の及び／又は燃料電池スタック２４の圧力に追加の又は異なる制御を提供するために、圧力調整器が圧力安全弁１５６に置換又は協働して使用されうることは、本明細書中の開示の範囲内である。コントロールシステム８０は、測定装置及び測定位置及び設定値のコントロールシステムへの入力を含み、圧力安全弁又は圧力調整器の有無、及び／又は、位置を明らかにするように構成されうる。 Although optional and not required in all energy generation and consumption assemblies according to the disclosure herein, a pressure relief valve 156 may be used for the fuel flow 66 as illustrated in FIG. The pressure relief valve 156 can be configured to limit the pressure of the fuel flow to the maximum pressure PRV . The maximum pressure PRV may represent a pressure at which damage to one or more components of the energy generation and consumption assembly may occur. Alternatively or additionally, the maximum pressure PRV may be an undesirable operation such that any one or more components of the energy generation and consumption assembly are less efficient in some other manner. It may represent a pressure that may cause With reference to FIG. 4, the pressure relief valve 156 is shown positioned in front of the gauge 116. It is within the scope of the disclosure herein that the pressure relief valve 156 is positioned behind or integrated with the gauge 116. In addition, it will be appreciated that a pressure regulator can be used in place of or in cooperation with the pressure relief valve 156 to provide additional or different control over the pressure of the fuel stream 66 and / or the fuel cell stack 24. It is within the scope of the disclosure in the document. The control system 80 includes inputs to the measurement system and measurement position and setpoint control system and can be configured to identify the presence and / or position of a pressure relief valve or pressure regulator.

それに対応して、燃料流６６が設定値ＰＦＳの下の圧力を有するとき、（再び、適切な制御信号を送ることによって）コントローラは、（例えば、燃料電池スタックに適用される負荷を減少させることによって）燃料電池スタック２４によって生成される電力を減少及び／又は制限して、及び／又は供給燃料の生成を増加させることによって、燃料流６６の圧力を増加させるように構成されうる。この燃料消費の減少又は燃料生成の増加は、燃料流６６上の背圧力の増加を発生しうる。これは、エラー信号ライン１２８上のエラー信号を次々に減らすことができる。従って、選択された変数の値、この実施例においては、燃料プロセッサによって生成された水素（又は他の燃料）流の圧力、燃料電池スタックによって消費した水素の圧力、をモニタすることによって、コントロールシステムは、アセンブリがアクティブ作動状態にある間、エネルギー生成及び消費アセンブリを選択的に制御することができる。上述したように、水素流、放出流又は燃料電池スタックの圧力をモニタすることは、モニタされうる変数の単なる例である。モニタされうる変数の他の非限定的な実施例は、上述されている。 Correspondingly, when the fuel stream 66 has a pressure below the set point PFS , the controller reduces the load applied to the fuel cell stack (eg, again by sending an appropriate control signal). The pressure of the fuel stream 66 may be increased by reducing and / or limiting the power generated by the fuel cell stack 24 and / or increasing the generation of feed fuel. This reduction in fuel consumption or increase in fuel production can cause an increase in back pressure on the fuel stream 66. This can reduce the error signal on the error signal line 128 one after another. Thus, the control system is monitored by monitoring the value of the selected variable, in this embodiment the pressure of the hydrogen (or other fuel) stream produced by the fuel processor, the pressure of the hydrogen consumed by the fuel cell stack. Can selectively control the energy generation and consumption assembly while the assembly is in an active operating state. As noted above, monitoring the hydrogen flow, discharge flow or fuel cell stack pressure is just an example of a variable that can be monitored. Other non-limiting examples of variables that can be monitored are described above.

若干異なる用語で示されているが、この変数の値が１又は２以上の選択された閾値を（上又は下に）超えるか、達するか、又は、接近するかしたときに、燃料電池スタック（又はそれに連通する流体の流れ）での圧力をモニタして、エネルギー生成及び消費アセンブリの作動を選択的に調整又はさもなければ制御することによって、コントロールシステムは、かかる処理を行わなければアセンブリがアイドル状態又はシャットダウン状態に移行することさえ要求されうる場合にも、エネルギー生成及び消費アセンブリをアクティブ作動状態に維持する。   Although shown in slightly different terms, the fuel cell stack (when the value of this variable exceeds, reaches, or approaches one or more selected thresholds (up or down) Or the fluid flow in communication therewith) to selectively regulate or otherwise control the operation of the energy generation and consumption assembly, the control system allows the assembly to idle otherwise. The energy generation and consumption assembly is maintained in an active operating state even when transitioning to a state or even a shutdown state may be required.

加えて、エネルギー生成及び消費アセンブリのこのようなモニタリング及び制御は、エネルギー生成及び消費アセンブリの１又は２以上の部材を能動的に制御することによって作動状態の範囲に亘る予め定められた範囲の利用率を前記アセンブリが維持しうるように構成されうる。例えば、いくつかの実施例において、コントロールシステム８０は、燃料電池スタック２４に適用される負荷を変化させることによって、エネルギー格納／消費アセンブリ５２を能動的に制御するように構成されうる。上記のように、燃料電池スタックに適用される負荷を能動的に制御することは、燃料電池スタックの燃料の消費を制御して、予め定められた範囲の利用率を維持するように制御されうる。本明細書中で開示しているエネルギー生成及び消費アセンブリのいくつかの実施例において、コントロールシステム８０は、追加的に、又は、代換的に、供給燃料６６の生成を制御するために燃料供給源４６を能動的に制御するように構成されうる。エネルギー格納／消費アセンブリ５２及び燃料供給源４６の両方のアクティブ制御は、作動状態における小さい変動に対するより迅速な応答時間に対して、そして、作動状態におけるより幅広い範囲に亘る制御の増大に対して、所定の利用率により良好に維持し、又はさもなければ、エネルギー生成及び消費アセンブリの１又は２以上の態様を制御することを可能とする。   In addition, such monitoring and control of the energy generation and consumption assembly provides for utilization of a predetermined range over a range of operating conditions by actively controlling one or more members of the energy generation and consumption assembly. The assembly can be configured to maintain a rate. For example, in some embodiments, the control system 80 can be configured to actively control the energy storage / consumption assembly 52 by changing the load applied to the fuel cell stack 24. As described above, actively controlling the load applied to the fuel cell stack can be controlled to control fuel consumption of the fuel cell stack to maintain a predetermined range of utilization. . In some embodiments of the energy generation and consumption assembly disclosed herein, the control system 80 may additionally or alternatively provide a fuel supply to control the generation of the supply fuel 66. The source 46 may be configured to actively control. Active control of both the energy storage / consumption assembly 52 and the fuel supply 46 is for faster response times to small fluctuations in operating conditions and for increased control over a wider range of operating conditions. Maintains better at a given utilization, or otherwise allows one or more aspects of the energy generation and consumption assembly to be controlled.

従って、エネルギー生成及び消費アセンブリ５６は、燃料流の圧力、電流の生成量といった変数、又は他のこのような変数に影響を及ぼす１又は２以上のアセンブリ機能の制御を提供しうる。加えて、コントロールシステム８０は、各々共通の変数に影響を及ぼす２つのアセンブリ機能を制御するように構成されうる。そして、このような例としては、燃料流に関するものがある。正に記載されている単一変数制御に関連して、コントロールシステム８０も、少なくとも一部異なる変数に基いて１又は２以上の他の機能の作動を調整するように構成されうる。このようなエネルギー生成及び消費アセンブリの実施例は、図５において例示される。便宜のために、図４に示される要素に対応する要素は、同じ参照数字を有する。   Accordingly, the energy generation and consumption assembly 56 may provide control of one or more assembly functions that affect variables such as fuel flow pressure, current generation, or other such variables. In addition, the control system 80 can be configured to control two assembly functions that each affect a common variable. An example of this is related to fuel flow. In connection with the single variable control just described, the control system 80 can also be configured to coordinate the operation of one or more other functions based at least in part on different variables. An example of such an energy generation and consumption assembly is illustrated in FIG. For convenience, elements corresponding to those shown in FIG. 4 have the same reference numerals.

図５のエネルギー生成及び消費アセンブリ５６は、例えば少なくとも一つの供給流６８から、燃料電池スタック２４に対する燃料を供給する燃料流６６を生じるように構成されている燃料プロセッサ６４を含みうる。コントロールシステム８０は、燃料流（又は燃料電池スタック、放出流又は他の部材）の圧力Ｐがゲージ１１６で測定されて、基準デバイス１１８へ通信される、制御ループ１１０を含みうる。ライン１２２で受信した圧力信号と設定値ＰＦＳとの差異は、ライン１２６でのエラー信号として出力されうる。エラー信号は、ライン１３４に適用される燃料プロセッサ６４への制御信号を生じるために、信号プロセッサ１３０によって処理されうる。任意的に、そして、図４に関連して説明したのと同様に、燃料電池スタックに輸送される水素流に対する最大圧力を規定又は設定するような、燃料電池スタック内の圧力をさらに調整及び／又は制御するように構成されている圧力安全弁又は調節装置で、圧力安全弁及び／又は圧力調整器は、圧力計１１６と燃料電池スタック２４との間で使用されうる。 The energy generation and consumption assembly 56 of FIG. 5 may include a fuel processor 64 that is configured to generate a fuel stream 66 that supplies fuel to the fuel cell stack 24, for example, from at least one supply stream 68. The control system 80 may include a control loop 110 in which the pressure P of the fuel stream (or fuel cell stack, discharge stream or other member) is measured with a gauge 116 and communicated to the reference device 118. The difference between the pressure signal received on line 122 and the setpoint value PFS can be output as an error signal on line 126. The error signal may be processed by signal processor 130 to produce a control signal to fuel processor 64 that is applied to line 134. Optionally and similar to that described in connection with FIG. 4, further adjusting and / or adjusting the pressure in the fuel cell stack to define or set a maximum pressure for the hydrogen stream transported to the fuel cell stack. Or, with a pressure relief valve or regulator configured to control, a pressure relief valve and / or pressure regulator may be used between the pressure gauge 116 and the fuel cell stack 24.

コントローラ８０は、基準装置１２０及びエラー信号プロセッサ１３２を有する制御ループ１１２をも含みうる。ライン１２８上のエラー信号は、ライン１２４上で受信する燃料流圧力Ｐと燃料電池の設定値ＰＦＣとの差異に基づくものでありうる。しかしながら、ライン１３６上で生成された制御信号を燃料電池スタック（又はエネルギー格納／消費アセンブリ又は他の部材）に直接適用するよりもむしろ、圧力制御信号は論理演算装置１６０に適用されうる。論理演算装置１６０は、この実施例において、２つの入力の最小値を選択して、燃料電池スタックに適用されうる制御ライン１６２に最小値を出力するために適切な任意の回路又は装置でありうる。別の例として、論理演算装置は、２つの入力の最大値を選択して、燃料電池スタックに適用されうる制御ライン１６２に最大値を出力するように構成されうる。 The controller 80 may also include a control loop 112 having a reference device 120 and an error signal processor 132. Error signal on line 128 may be based on the difference between the set value P FC of the fuel flow pressure P and the fuel cell for receiving on line 124. However, rather than applying the control signal generated on line 136 directly to the fuel cell stack (or energy storage / consumption assembly or other member), the pressure control signal can be applied to the logic unit 160. The logic unit 160 may be any circuit or device suitable in this embodiment to select the minimum value of the two inputs and output the minimum value to the control line 162 that may be applied to the fuel cell stack. . As another example, the logic unit may be configured to select a maximum value of two inputs and output the maximum value to a control line 162 that may be applied to the fuel cell stack.

制御ループ１１０及び１１２に加えて、コントロールシステム８０は、第３の制御ループ１６４といった追加的な制御ループを含みうる。制御ループ１６４は、第２の変数に基づいて、エネルギー生成及び消費アセンブリ５６の制御を提供しうる。例えば、制御ループ１６４は、低電圧力状態の間に燃料電池スタックに発生しうる損傷に対する保護を促進しうる、設定値又は閾値より上に出力電圧力を維持するように燃料電池スタック２４の制御を設けるように構成されうる。したがって、制御ループ１６４は、電圧力計又は他の電圧力測定センサ１６６を含みうる。電圧力センサ出力信号は、第３の基準装置１７０のマイナス（負の）又は反転入力へのといった、制御装置に適用されうる電圧力信号ライン１６８に適用されうる。このような実施例では、コントロールシステム（及び／又はコントローラ）は、選択された閾値内に水素（又は他の燃料流）の圧力を維持して、選択された閾値より上に燃料電池スタックから出力電圧力を維持するために燃料電池システムの作動を制御するものとして説明されうる。   In addition to the control loops 110 and 112, the control system 80 may include additional control loops such as a third control loop 164. The control loop 164 may provide control of the energy generation and consumption assembly 56 based on the second variable. For example, the control loop 164 may control the fuel cell stack 24 to maintain the output voltage force above a set value or threshold that may facilitate protection against damage that may occur to the fuel cell stack during low voltage force conditions. May be configured. Thus, the control loop 164 can include a voltmeter or other voltage force measurement sensor 166. The voltage force sensor output signal can be applied to a voltage force signal line 168 that can be applied to the controller, such as to the negative (negative) or inverting input of the third reference device 170. In such embodiments, the control system (and / or controller) maintains the pressure of hydrogen (or other fuel flow) within the selected threshold and outputs from the fuel cell stack above the selected threshold. It can be described as controlling the operation of the fuel cell system to maintain the voltage force.

そして、この実例の継続として、電圧力設定値ＶＦＣは、基準信号ライン１７２上の基準デバイス１７０に適用されうる。結果として生じるエラー信号は、エラー信号ライン１７６上の信号プロセッサ１７４に発信されうる。信号プロセッサ１３０及び１３２に対して記述されているように、信号プロセッサは、要求される所望の制御応答に対して適切になるように、信号を処理して、制御信号ライン１７８上の電圧力制御信号を生じうる。制御信号ラインは、論理演算装置１６０に電圧力調整信号を送信しうる。上記したように、より低い電圧力及び圧力の入力値が選択されてもよく、燃料電池スタックの制御作動のための燃料電池スタック制御ライン１６２に出力されてもよい。任意的には、類似の技術は、例えば１又は２以上の部材の温度、燃料電池スタックに印加される負荷、１又は２以上の供給原料流の送り速度、など、といった、他のシステムパラメータを制御するために用いられうる。 As a continuation of this example, the voltage force setpoint V FC can be applied to the reference device 170 on the reference signal line 172. The resulting error signal can be sent to the signal processor 174 on the error signal line 176. As described for signal processors 130 and 132, the signal processor processes the signal to be appropriate for the desired desired control response and controls the voltage force control on control signal line 178. A signal can be generated. The control signal line may transmit a voltage force adjustment signal to the logic operation device 160. As described above, lower voltage force and pressure input values may be selected and output to the fuel cell stack control line 162 for control operation of the fuel cell stack. Optionally, similar techniques allow other system parameters such as the temperature of one or more members, the load applied to the fuel cell stack, the feed rate of one or more feed streams, etc. Can be used to control.

図６は、エネルギー生成及び消費アセンブリの選択変数が、システムに適用された負荷における変化とともに、又は変化に基づいて、時間とともにどれほど変化しうるかを示している、典型的な、理想化されたグラフを表す。これらのグラフは、実際のアセンブリが異なって作動しうるように、例示目的のみで示される。下部のグラフ１４０は、燃料電池スタック負荷１４２と、燃料電池スタック出力電流１４４との、時間の関数としての実施例を示す。中部のグラフ１４６は、時間の関数としての燃料プロセッサ６４による出力としての、水素燃料流量１４８の実施例を表す。上部のグラフ１５０は、燃料プロセッサ及び燃料電池スタックの作動から発生しうる水素燃料流６６（燃料電池スタック又は放出流）の圧力１５２の実施例を例示する。   FIG. 6 is a typical idealized graph showing how the energy production and consumption assembly selection variables can change over time based on, or based on, changes in the load applied to the system. Represents. These graphs are shown for illustrative purposes only, so that the actual assembly can operate differently. The lower graph 140 shows an example of the fuel cell stack load 142 and the fuel cell stack output current 144 as a function of time. The middle graph 146 represents an example of the hydrogen fuel flow rate 148 as output by the fuel processor 64 as a function of time. The upper graph 150 illustrates an example of a hydrogen fuel stream 66 (fuel cell stack or discharge stream) pressure 152 that may result from the operation of the fuel processor and fuel cell stack.

３つのグラフは、時間Ｔ１から時間Ｔ９に進む、時間内の９つの地点を同定する共通の時間軸１５４を有する。最初、燃料プロセッサ及び燃料電池スタックは、アイドルモード、又は、作動状態にあると考えられる。この場合、容易に適用される負荷に応答しうるが、（任意の、又は、基準の量よりも多くの）水素（又は他の燃料）又は電流を現状では生じていない。「基準」によって、アイドル作動状態における燃料電池システムを維持するために必要とされる、水素ガス（又は他の燃料）又は電力の（あるとしても）量を意味している。これらの要件は、システムの要求のバランスオブプラントと称される。例示のために、燃料プロセッサによって燃料がほとんど生じず、燃料電池スタックによって電流がほとんど生じず、そして、燃料プロセッサ及び燃料電池スタック間の燃料流の任意の燃料の圧力がほぼゼロである、と仮定される。図６に示されるグラフは、燃料電池スタックに適用される負荷における変化を含む、さまざまな要因が、どのようにエネルギー生成及び消費アセンブリの選択変数に影響を及しうるかについて説明することを目的とする。時間Ｔ１からＴ９で表される実施例は、例示目的のみであり、例示されたシーケンスで発生することは要求されない。   The three graphs have a common time axis 154 that identifies nine points in time, going from time T1 to time T9. Initially, the fuel processor and fuel cell stack are considered to be in idle mode or in an operating state. In this case, it can easily respond to an applied load, but currently does not produce hydrogen (or other fuel) or current (any or more than the reference amount). By “standard” is meant the amount (if any) of hydrogen gas (or other fuel) or power needed to maintain a fuel cell system in an idle operating condition. These requirements are referred to as the balance of plant requirements of the system. For illustration purposes, assume that the fuel processor produces little fuel, the fuel cell stack produces little current, and the pressure of any fuel in the fuel flow between the fuel processor and the fuel cell stack is approximately zero. Is done. The graph shown in FIG. 6 is intended to illustrate how various factors, including changes in the load applied to the fuel cell stack, can affect the energy production and consumption assembly selection variables. To do. The embodiments represented by times T1 to T9 are for illustrative purposes only and are not required to occur in the illustrated sequence.

図６において時間Ｔ１で概略的に例示されるように、例えば電気及び／又は熱負荷といった適用される負荷Ｌ１は、燃料電池システムに適用されうる。負荷に応答して、コントロールシステム８０は、アクティブモード又は運転状態に燃料電池システムを導くことができ、そして、燃料プロセッサ６４は、水素燃料の生成を開始しうる（又はアイドル状態で生成される公称基準から生成量を増やす）。これは、ゼロから流量Ｆ１に向かう燃料流量の基準の増加によって表される。燃料流６６の流量が増加し始めるにつれて、燃料電池スタックの作動のための最小圧力を表しうる、圧力ＰＦＣに向けてゼロから増大するような、流量の圧力はこれにしたがって、増加する。燃料電池スタックを安全に機能させるための圧力が不十分である限り、燃料電池システムは、電力を発生しないように構成されうる。この期間の間、適用される負荷は、（燃料電池システムに存在するときに）エネルギー貯蔵装置７８によって満たされうる。 As schematically illustrated at time T1 in FIG. 6, an applied load L1, such as an electrical and / or thermal load, can be applied to the fuel cell system. In response to the load, the control system 80 can direct the fuel cell system to an active mode or operating state, and the fuel processor 64 can begin producing hydrogen fuel (or nominally produced in an idle state). Increase production from baseline). This is represented by an increase in the fuel flow rate reference from zero to the flow rate F1. As the flow rate of the fuel flow 66 begins to increase, it may represent a minimum pressure for the operation of the fuel cell stack, such as to increase from zero towards the pressure P FC, the pressure of the flow rate accordingly, increases. As long as there is insufficient pressure to allow the fuel cell stack to function safely, the fuel cell system can be configured not to generate power. During this period, the applied load can be satisfied by the energy storage device 78 (when present in the fuel cell system).

少なくとも、選択された、又は閾値の燃料流圧力ＰＦＣを生成するために十分な燃料流量があるときには、図６において時間Ｔ２の略図を例示したように、燃料電池スタックが電流の生成を開始しうる。時間Ｔ２及びＴ３との間に、燃料流量１４８は、増加を継続しうる。燃料流量の増加と共に、燃料電池スタックは、電流量の増加を発生しうるし、その一方で、燃料流圧力を最小の水準ＰＦＣに保ち続ける。いくつかの実施例において、燃料電池スタックは、１分又はこれを超えるような、より長くなりうる燃料プロセッサの応答時間と比較して、負荷変動に反応する際に、例えば１秒未満といった比較的急速な応答時間を有しうる。しかし、反応は、燃料流圧力がＰＦＣの設定値より上に維持されるという要求によって制限されうる。これによって、この期間の間、比較的恒常的な圧力を発生することができる。 At least, it is selected, or when there is sufficient fuel flow to produce a fuel stream pressure P FC of the threshold, as illustrated a schematic representation of time T2 in FIG. 6, the fuel cell stack starts generating current sell. Between times T2 and T3, the fuel flow 148 can continue to increase. With the increase of the fuel flow, the fuel cell stack, to be generated an increase in current amount, on the other hand, we continue to maintain the fuel flow pressure to a minimum level P FC. In some embodiments, the fuel cell stack may be relatively in response to load fluctuations, eg, less than 1 second, compared to a fuel processor response time that may be longer, such as 1 minute or more. Can have a rapid response time. However, the reaction is fuel stream pressure may be limited by the requirement that is maintained above the set value of P FC. This allows a relatively constant pressure to be generated during this period.

図６において時間Ｔ３で概略的に例示されるように、燃料電池スタック出力１４４は、Ｆ１よりも少ない燃料流量で、適用される負荷１４２を負荷基準Ｌ１に到達させうる。燃料プロセッサは追加的に燃料を依然として生成し続けて、そして、燃料電池スタックが比較的一定の率で燃料を消費しうるため、燃料流圧力は上昇を継続しうる。しかしながら、燃料圧力が燃料プロセッサ設定値ＰＦＳに到達するときに、信号プロセッサ１３０に対するエラー信号は負になって、そして、コントローラは、燃料流の生成率を、例えば流量Ｆ１に制限することによって、応答しうる。この流量で、燃料電池スタックによる消費は生成量に等しくなり、これによって、燃料圧力がＰＦＳとほぼ同等又はその下に留まる。必ずではないが、圧力の値は、燃料プロセッサの比較的遅い応答時間に起因して、圧力ＰＦＳを名目上超えうる。一旦圧力が圧力ＰＦＳの下で減少されると、システムは時間Ｔ４及びＴ５の間でこの定常状態作動条件に一般に留まりうる。 As schematically illustrated at time T3 in FIG. 6, the fuel cell stack output 144 may cause the applied load 142 to reach the load reference L1 with a fuel flow rate less than F1. The fuel processor may continue to produce additional fuel, and the fuel flow pressure may continue to rise because the fuel cell stack may consume fuel at a relatively constant rate. However, when the fuel pressure reaches the fuel processor setpoint PFS , the error signal to the signal processor 130 becomes negative and the controller limits the fuel flow generation rate to, for example, the flow rate F1 Can respond. In this flow rate, consumption by the fuel cell stack is equal to the amount, whereby the fuel pressure remains approximately equal to or below the the P FS. Although not necessarily, the pressure value can nominally exceed the pressure PFS due to the relatively slow response time of the fuel processor. Once the pressure is reduced under pressure PFS , the system can generally remain in this steady state operating condition between times T4 and T5.

図６において時間Ｔ５で概略的に例示されるように、適用される負荷は、例えば負荷Ｌ１から負荷Ｌ２に、減少しうる。適用される負荷のこの種の減少は、外部回路からの要求における変更によって、又は、コントロールシステム８０によって供給される指示によって発生しうる。コントロールシステム８０は、エネルギー貯蔵装置が完全に充電されるとき、又は、利用率が高すぎるとき、といった、多くの理由のための燃料電池スタックに適用される負荷を減少させうる。負荷が減少するとき、燃料電池スタックは、対応する電流生成の減少に応答して、燃料消費を減少する。これは、燃料プロセッサが水素ガス（又は生成するように構成される他の燃料）を生成し続けるときの新たな最大値への圧力増大に示されるように、燃料流の圧力の突発的な増大をもたらしうる。この圧力は、閾値圧力ＰＲＶに達するまで増大を継続しうる。圧力ＰＲＶは、図４に示されるように、燃料流６６に連結されている安全弁１５６（又は圧力調整器）に対する開放圧力を表す。安全弁は、過剰な圧力を軽減し、一点鎖線で示されるようなピーク値ＰＰＫによって表されるような、より高い値に圧力が増大するときに発生するおそれのある損傷を防止する。 As schematically illustrated at time T5 in FIG. 6, the applied load may decrease, for example, from load L1 to load L2. This type of reduction in applied load can occur due to changes in demand from external circuitry or due to instructions provided by the control system 80. The control system 80 may reduce the load applied to the fuel cell stack for a number of reasons, such as when the energy storage device is fully charged or when the utilization is too high. As the load decreases, the fuel cell stack decreases fuel consumption in response to a corresponding decrease in current generation. This is a sudden increase in fuel flow pressure, as shown by the pressure increase to a new maximum as the fuel processor continues to produce hydrogen gas (or other fuel configured to produce). Can bring This pressure can continue to increase until a threshold pressure PRV is reached. The pressure PRV represents the open pressure for the safety valve 156 (or pressure regulator) connected to the fuel stream 66 as shown in FIG. The safety valve relieves excess pressure and prevents damage that may occur when the pressure increases to a higher value, as represented by the peak value P PK as shown by the dashed line.

図６を継続して参照すると、時間Ｔ５及びＴ６の間に概略的に示されるように、適用される負荷は一定のままでありうるが、コントローラは、燃料流圧力が圧力ＰＦＳに戻るか、又は下回るまで、より少ない燃料を連続的に生成することを燃料プロセッサに指示するように構成されうる。時間Ｔ６で示されるように、圧力はＰＦＳに到達すると、コントローラは燃料プロセッサに一定の燃料生成率を維持するように指示しうる。この生成率は、時間Ｔ３及び時間Ｔ４との間で負荷Ｌ１を維持するために必要な率より低くなりうる。適用される負荷が変化しない場合、燃料流圧力は、安定させるかさもなければ一定にならなければならない。図６において概略的に例示しているように、この新しい定常状態は時間Ｔ７まで継続しうる。 With continued reference to FIG. 6, the applied load may remain constant, as schematically shown during times T5 and T6, but the controller determines whether the fuel flow pressure returns to pressure PFS . Or may be configured to instruct the fuel processor to continuously produce less fuel until it falls below. As indicated at time T6, when the pressure reaches PFS , the controller may instruct the fuel processor to maintain a constant fuel production rate. This production rate can be lower than the rate required to maintain the load L1 between time T3 and time T4. If the applied load does not change, the fuel flow pressure must be stabilized or otherwise constant. This new steady state may continue until time T7, as schematically illustrated in FIG.

図６において時間Ｔ７で概略的に例示されるように、負荷１４２は、基準Ｌ３といった、新たな、より高い基準まで増加することができる。燃料プロセッサに比して燃料電池スタックの迅速な応答のため、燃料電池スタックの出力は、燃料流の圧力が燃料電池設定値ＰＦＣに落ちるまで増加しうるし、燃料プロセッサ６４はより多くの燃料を生成し始める。燃料流量が上昇し始めるにつれて、燃料電池スタックは、燃料流圧力を約圧力ＰＦＣに保ちつつ、発生電流を増加させうる。また、初期の始動期間の間に生じているのと同様に、燃料電池の生成量が適用される負荷Ｌ３に適合する地点に時間Ｔ８で到達しうる。燃料生成量のさらなる増大とともに、燃料流圧力は、上の限界圧力ＰＦＳに達するまで上昇しうる。これは、時間Ｔ９で発生しうる。 As schematically illustrated at time T7 in FIG. 6, the load 142 can be increased to a new, higher reference, such as reference L3. For rapid response of the fuel cell stack in comparison with the fuel processor, the output of the fuel cell stack, to the pressure of the fuel flow may increase to fall in a fuel cell set value P FC, the fuel processor 64 is more fuel Start generating. As the fuel flow rate begins to rise, the fuel cell stack, while maintaining the fuel flow pressure to approximately the pressure P FC, can increase the generation current. Further, similarly to what occurs during the initial start-up period, a point where the amount of fuel cell generation is suitable for the load L3 to which the fuel cell is applied can be reached at time T8. With further increase in fuel production, the fuel flow pressure can increase until the upper limit pressure PFS is reached. This can occur at time T9.

いったん圧力ＰＦＳに到達すると、燃料プロセッサ出力は、燃料圧力ＰＦＳ又はそれ未満に維持するように安定化しうる。そして、この定常条件は、負荷の更なる変化が発生するまで、継続しうる。 Once the pressure P FS is reached, the fuel processor output may be stabilized to maintain the fuel pressure P FS or less. This steady condition can then continue until a further change in load occurs.

図６に関する先の議論から分かるように、供給流４６及び燃料電池スタック２４の作動は、燃料電池スタックでの圧力にいずれも影響しうる。加えて、図６は、燃料電池スタック２４に適用される負荷が燃料電池スタックの作動、燃料の消費、燃料電池スタックの圧力に影響しうることを示す。これらの関係は、図７−１０を参照して更に述べられる。   As can be seen from the previous discussion with respect to FIG. 6, the operation of the feed stream 46 and the fuel cell stack 24 can both affect the pressure in the fuel cell stack. In addition, FIG. 6 shows that the load applied to the fuel cell stack 24 can affect fuel cell stack operation, fuel consumption, and fuel cell stack pressure. These relationships are further described with reference to FIGS. 7-10.

図７は、不使用燃料Ｆ２の、単位分あたりのリッター（Ｌ／ｍｉｎ）において、コントロールシステム８０で検出された燃料電池の圧力の関数として、出口オリフィス９０での放出又は燃料電池スタック２４での蓄積の、流量のグラフである。この圧力は、ｋＰａでの出口圧力Ｐ２であってもよく、ここで、ｋは、数の接頭辞キロであり、Ｐａは、圧力の単位（Ｐａｓｃａｌ）である。このグラフに「ｘ」で示された点及び実線で結ばれた区域は、実験値を表す。点線は、この実施例における、方程式Ｆ＝Ｋ√Ｐを表し、ここで、Ｋ＝２．５３（Ｌ／ｍｉｎ）／（ｓｑｒｔ（ｋＰａ））である。この近似公式が、検出圧力に基づいて流量を決定するために非常に役立っていることが分かる。したがって、この公式を用いて、例えば、コントロールシステム８０は、燃料電池スタック２４の圧力を検出して、検出圧力に基づいて不使用燃料の流量Ｆ２を決定するように構成されうる。上記のように、出口圧力Ｐ２は、検出されうる圧力の１つの実施例である。検出圧力は、入力圧力、又は、不使用燃料の蓄積又は流量と関連した燃料電池の他の圧力であってもよい。本明細書中で使用しているように、「基づいて」は、更なる要因を除外せず、又は要求もしないことを意味する。したがって、「基づいて」は、「少なくとも一部に基づいて」１又は２以上の示された要因を含むが、更なる要因を必要としないとして解釈するべきである。例えば、出口圧力に基づいて上述の公式を用いて流量を決定するコントロールシステムは、必須ではないが、この決定に他の要因を利用してもよい。同じことは、本願明細書において記載されて及び／又は主張される他の「基づいて」いる関係にもあてはまる。同様に、「応答して」は、応答を誘発しうる更なる要因も除外せず、また要求もしない。   FIG. 7 shows the discharge at the outlet orifice 90 or at the fuel cell stack 24 as a function of the fuel cell pressure detected by the control system 80 in liters (L / min) of unused fuel F2 per unit minute. It is a graph of flow volume of accumulation. This pressure may be the outlet pressure P2 in kPa, where k is the number prefix kilo and Pa is the unit of pressure (Pascal). The point indicated by “x” in this graph and the area connected by a solid line represent experimental values. The dotted line represents the equation F = K√P in this example, where K = 2.53 (L / min) / (sqrt (kPa)). It can be seen that this approximate formula is very useful for determining the flow rate based on the detected pressure. Thus, using this formula, for example, the control system 80 may be configured to detect the pressure of the fuel cell stack 24 and determine the flow rate F2 of unused fuel based on the detected pressure. As described above, the outlet pressure P2 is one example of a pressure that can be detected. The detected pressure may be the input pressure or other pressure of the fuel cell associated with the accumulation or flow of unused fuel. As used herein, “based on” means not excluding or requiring additional factors. Thus, “based on” should be construed as including “based at least in part” on one or more of the indicated factors but not requiring further factors. For example, a control system that determines the flow rate using the above formula based on outlet pressure is not required, but other factors may be utilized for this determination. The same applies to other “based” relationships described and / or claimed herein. Similarly, “in response” does not exclude or require additional factors that may elicit a response.

少なくともいくつかの燃料電池スタックで、燃料電池スタックによって消費される燃料の流量Ｆ３は、本明細書ではＩｆｃと表される、燃料電池スタックの電流出力に正比例すると決定される。そして、この場合、流量は、方程式Ｆ３＝ｂ・Ｉｆｃで決定される。「ｂ」の値が個々の燃料電池スタックの作動特性に依存するにもかかわらず、いくつかの燃料電池スタックで、ｂの値は１未満であってもよく、そして、特に、０．５８９の値はいくつかの燃料電池スタックに対して相当に正確であると定められている。   In at least some fuel cell stacks, the flow rate F3 of fuel consumed by the fuel cell stack is determined to be directly proportional to the current output of the fuel cell stack, represented herein as Ifc. In this case, the flow rate is determined by the equation F3 = b · Ifc. Even though the value of “b” depends on the operating characteristics of the individual fuel cell stack, in some fuel cell stacks, the value of b may be less than 1, and in particular 0.589 The value has been determined to be fairly accurate for some fuel cell stacks.

燃料電池スタック２４のいくつかの実施例において、作動パラメータの範囲は、確立されうる。以下の作動パラメータは、本明細書中の開示に従って創造されて操作されるいくつかの典型的な燃料電池スタックにあてはまる。他の作動パラメータが利用されうること、又はさもなければ追加されうることは、開示の範囲内である。実例として、特定のスタックに対する最大及び最小の電流の範囲は、下記に示される値を超えてもよく、又はそれ未満でもよい。

Figure 0004773431
In some embodiments of the fuel cell stack 24, a range of operating parameters can be established. The following operating parameters apply to some typical fuel cell stacks created and operated in accordance with the disclosure herein. It is within the scope of the disclosure that other operating parameters can be utilized or otherwise added. Illustratively, the maximum and minimum current ranges for a particular stack may exceed or be less than the values shown below.
Figure 0004773431

上記のように、燃料電池スタックへの燃料の流量Ｆ１は、燃料電池スタックによって消費される流量Ｆ３、燃料電池スタック蓄積される量、又は、出口オリフィスからの流量Ｆ２を加算することによって決定されうる。上記の方程式を使用して、不使用燃料流量Ｆ２は、検出圧力Ｐ２から決定されうるし、そして、消費流量Ｆ３は燃料電池電流Ｉｆｃから決定されうる。方程式の形態は、Ｆ１＝ｂ・Ｉｆｃ＋Ｋ√（Ｐ２）、である。この関数は、軸、供給燃料流量、燃料電池流及び出口圧力として有している空間の表面位置を定める。   As described above, the flow rate F1 of fuel to the fuel cell stack can be determined by adding the flow rate F3 consumed by the fuel cell stack, the amount stored in the fuel cell stack, or the flow rate F2 from the outlet orifice. . Using the above equation, the unused fuel flow rate F2 can be determined from the detected pressure P2, and the consumption flow rate F3 can be determined from the fuel cell current Ifc. The form of the equation is F1 = b · Ifc + K√ (P2). This function defines the surface position of the space it has as axis, feed fuel flow rate, fuel cell flow and outlet pressure.

燃料電池スタックによる燃料の利用率（Ｕ）は、電流の生成に使用される供給燃料流量Ｆｌの比率として、又は、下記の式として定義されうる。

Figure 0004773431
この方程式から、所与の燃料電池の電流生成のための制御利用基準を達成するために、出口圧力に亘ってアクティブ制御が実施されうることが分かる。あるいは、所与の出口圧力に対する制御利用率は、燃料電池の電流Ｉｆｃを能動的に制御することによって達成されうる。いくつかのエネルギー生成及び消費アセンブリにおいて、過度な利用率による燃料電池スタックの汚染を防止して、利用率不足による燃料の無駄を防止するために制御することが好ましい。 The fuel utilization rate (U) by the fuel cell stack can be defined as the ratio of the supplied fuel flow rate Fl used to generate the current or as the following equation:
Figure 0004773431
 From this equation, it can be seen that active control can be implemented across the outlet pressure to achieve the control utilization criteria for current generation for a given fuel cell. Alternatively, the control utilization for a given outlet pressure can be achieved by actively controlling the fuel cell current Ifc. In some energy generation and consumption assemblies, it is preferable to control to prevent contamination of the fuel cell stack due to excessive utilization and prevent waste of fuel due to insufficient utilization.

図８は、上述した作動パラメータの範囲によって抑制される燃料電池スタックに対して８３％に例示した利用率基準に対するスタック電流の関数である出口圧力のグラフである。他の利用率の基準は、異なる曲線を形成して、他の燃料電池スタックは、異なる作動特性を有する。８３−１００％の範囲、８０−８５％の範囲、７０−８３％の範囲、５０−７０％の範囲、７０−９０％の範囲、７０％未満の範囲、５０％未満の範囲、７０％を超える範囲、８０％を超える範囲、９０％を超える範囲、ほぼ８３％、などといった、他の利用率の基準は、本明細書中の開示の範囲内である。   FIG. 8 is a graph of outlet pressure as a function of stack current for a utilization criterion exemplified at 83% for a fuel cell stack that is constrained by the operating parameter ranges described above. Other utilization criteria form different curves, and other fuel cell stacks have different operating characteristics. 83-100% range, 80-85% range, 70-83% range, 50-70% range, 70-90% range, less than 70% range, less than 50% range, 70% Other utilization criteria such as greater range, greater than 80% range, greater than 90% range, approximately 83%, etc. are within the scope of the disclosure herein.

図９は、図８に対応する運転条件に対するスタック電流の関数としての不使用燃料流量の選択された設定値のグラフであり、８３％の例示の利用率基準を示している。この実施例において、不使用燃料流量が、図示する燃料電池スタックの正常作動範囲（すなわち略３０アンペア及び６８アンペア）を通じてスタック電流とともに線形に増加するということがわかる。不使用燃料における不使用燃料流量設定値は、約３．６ｌｐｍ（１分当たりのリッター）及び８．０ｌｐｍの制限値の間に拘束される。そして、これらの制限値は、２ｋＰａの最小出口圧力及び１０ｋＰａの最大出口圧力に対応する。   FIG. 9 is a graph of selected setpoints of unused fuel flow as a function of stack current for the operating conditions corresponding to FIG. 8, illustrating an exemplary utilization criterion of 83%. In this example, it can be seen that the unused fuel flow rate increases linearly with the stack current through the normal operating range of the illustrated fuel cell stack (ie, approximately 30 amps and 68 amps). The unused fuel flow rate setting for unused fuel is constrained between a limit value of about 3.6 lpm (liter per minute) and 8.0 lpm. These limit values correspond to a minimum outlet pressure of 2 kPa and a maximum outlet pressure of 10 kPa.

図１０は、同じ例示の作動条件に対するスタック電流の関数としての水素利用率のグラフである。この利用率は、燃料電池スタックの正常作業範囲にわたって８３％に維持される。この例では、利用率は、３０アンペア未満のスタック電流に対して下落（すなわち減少）して、略６８アンペアより上では比較的線形に上昇している。   FIG. 10 is a graph of hydrogen utilization as a function of stack current for the same exemplary operating conditions. This utilization rate is maintained at 83% over the normal working range of the fuel cell stack. In this example, utilization drops (or decreases) for stack currents less than 30 amps and rises relatively linearly above approximately 68 amps.

これらの例示の図は、不使用燃料流量Ｆ２は、８３％の一定の利用率に対してスタック電流に比例することを示している。図９の出口流Ｆ２の曲線上に出口流Ｆ２を保持するようにスタック電流（消費）を調整することによって、スタック水素利用率は、スタック運転範囲の大部分に亘って８３％に維持される。７８アンペアのスタック電流量で、利用率は、ちょうど８５％となっている。   These exemplary diagrams show that the unused fuel flow rate F2 is proportional to the stack current for a constant utilization of 83%. By adjusting the stack current (consumption) to keep the outlet flow F2 on the curve of the outlet flow F2 in FIG. 9, the stack hydrogen utilization is maintained at 83% over most of the stack operating range. . With a stack current of 78 amps, the utilization rate is just 85%.

１つの図示したシナリオにおいて、（上記の方程式及び検出圧力から算出されるように）不使用燃料流量は約６ＬＰＭであってもよく、そして、スタック電流は時間内の特定の瞬間において約４０アンペアであってもよい。この状態は、地点Ａで視覚的に示される。上述したように、目標の又は選択される利用率は、実線によって表れる。地点Ａを実線へ移動するために、スタック電流は増加され、又は、出口フローは減少されうる。したがって、スタックに適用される負荷は、利用率を目標率に制御するために増加しうる。逆のシナリオの実施例は、図９において地点Ｂで視覚的に示される。この地点で、不使用燃料流量は、約５ＬＰＭであってもよく、そして、スタック電流は５０アンペアであってもよい。エネルギー生成及び消費アセンブリを目標利用率に復帰させるために、エネルギー格納／消費アセンブリは、利用率を減少させている燃料電池スタック上の負荷を減少させるために能動的に制御されうる。燃料プロセッサの変化に対する供給燃料の応答時間と比較すると、適用される負荷の変化に対する燃料電池スタックの応答時間は比較的速いため、適用される負荷を変えることは、作動状態において小さいか一時的な変化に対して好ましい。しかしながら、適用される負荷のアクティブ制御は、長い期間の間、又は、作動状態の大きい変化に対して維持することが困難でありうる。したがって、いくつかの実施例で、能動的に適用される負荷及び燃料供給源を制御することが好まれうる。   In one illustrated scenario, the unused fuel flow rate (as calculated from the above equation and detected pressure) may be about 6 LPM, and the stack current is about 40 amps at a particular moment in time. There may be. This state is shown visually at point A. As mentioned above, the target or selected utilization is represented by a solid line. To move point A to the solid line, the stack current can be increased or the exit flow can be decreased. Thus, the load applied to the stack can be increased to control the utilization rate to the target rate. An example of the reverse scenario is shown visually at point B in FIG. At this point, the unused fuel flow may be approximately 5 LPM and the stack current may be 50 amps. In order to return the energy generation and consumption assembly to the target utilization, the energy storage / consumption assembly can be actively controlled to reduce the load on the fuel cell stack that is reducing the utilization. Since the response time of the fuel cell stack to applied load changes is relatively fast when compared to the supply fuel response time to changes in the fuel processor, changing the applied load is small or temporary in operating conditions. Preferred for change. However, active control of the applied load can be difficult to maintain for long periods of time or against large changes in operating conditions. Thus, in some embodiments, it may be preferred to control actively applied loads and fuel sources.

コントロールシステム８０による燃料電池スタック２４及び／又は燃料供給源４６の制御は、少なくとも一部において、これらのさまざまな値及び関係を使用して、達成されうる。そして、図８のグラフにおいて同定される出口圧力が、燃料電池スタックに対する燃料の供給のための目標圧力として使用されうる。この圧力は、目標出口圧力又は目標検出圧力と称されうる。例示される関係は、放出される不使用燃料と同様に、燃料電池スタックで消費される燃料流量を組み込んでいる。これらの関係は、放出口又は出口の圧力及びスタック電流から導かれる。他のパラメータ関係もまた、派生しうる。   Control of the fuel cell stack 24 and / or the fuel supply 46 by the control system 80 may be achieved, at least in part, using these various values and relationships. The outlet pressure identified in the graph of FIG. 8 can then be used as a target pressure for the supply of fuel to the fuel cell stack. This pressure may be referred to as the target outlet pressure or target detection pressure. The illustrated relationship incorporates the fuel flow consumed in the fuel cell stack as well as the unused fuel that is released. These relationships are derived from the outlet or outlet pressure and the stack current. Other parameter relationships can also be derived.

述べられたように、さまざまな制御パラメータが、燃料電池システム２２の各種要素を制御する異なる方法で使用されうる。例えば、出口燃料流量、及び、これに対応した出口圧力は、燃料供給源４６によって供給される燃料量の示唆を与える。燃料供給源の作動及び特に燃料プロセッサのストイキオメトリは、この情報に基づいてもよい。更に、空気供給及び燃料電池は、燃料の所望の利用率をもたらす供給圧力を提供するために制御されうる。供給燃料の生成及び燃料電池出口圧力は、所望の供給圧力を提供するように調整されうる。また、出口オリフィスは、出口流量及び／又は出口圧力を変化させるように調整されうる。したがって、所与のスタック電流のための供給燃料に対する目標圧力を保つことによって、燃料利用率は、所望の基準に維持されうる。   As stated, various control parameters may be used in different ways to control the various elements of the fuel cell system 22. For example, the outlet fuel flow rate and the corresponding outlet pressure provide an indication of the amount of fuel supplied by the fuel supply 46. The operation of the fuel supply and in particular the stoichiometry of the fuel processor may be based on this information. Further, the air supply and fuel cell can be controlled to provide a supply pressure that provides the desired utilization of the fuel. Supply fuel production and fuel cell outlet pressure can be adjusted to provide the desired supply pressure. Also, the outlet orifice can be adjusted to change the outlet flow rate and / or the outlet pressure. Thus, by maintaining a target pressure for the supplied fuel for a given stack current, fuel utilization can be maintained at a desired standard.

所望の利用率は、エネルギー格納／消費アセンブリ５６、及び、燃料電池スタックに適用される負荷、を能動的に制御することによっても、予め定められた範囲に制御されうる。同様に、所望の利用率は、燃料電池スタックによって生成される電流を能動的に制御することによっても維持されうる。いくつかの実施形態では、エネルギー格納／消費アセンブリ５６のアクティブ制御は、より大きな制御を提供するために、燃料供給源のアクティブ制御と組み合わせられうる。燃料供給源のアクティブ制御が作動状態のより広範囲に亘る利用率の制御を可能にすると共に、エネルギー格納／消費アセンブリ５６のアクティブ制御は、制御のより速い応答時間及びより高い精度を提供しうる。燃料供給源のアクティブ制御は、外部的に適用される負荷における長期にわたる変化のために、又は、エネルギー生成及び消費アセンブリの状態の長期にわたる変化のために優先されうる。上記の運転状態及びサブルーチンは、コントロールシステムが燃料電池システム２２及び／又はエネルギー生成及び消費アセンブリ５６の作動を自動化しうる方法の実施例を提供するために示された。作動特性、パラメータ値及び燃料電池システム設計及び構成の多くの変形が本明細書中の開示の範囲内において可能であるため、上記の実施例は限定的に解釈されてはならない。   The desired utilization can also be controlled within a predetermined range by actively controlling the energy storage / consumption assembly 56 and the load applied to the fuel cell stack. Similarly, the desired utilization can be maintained by actively controlling the current generated by the fuel cell stack. In some embodiments, the active control of the energy storage / consumption assembly 56 may be combined with the active control of the fuel source to provide greater control. While active control of the fuel source allows control over a wider range of operating conditions, the active control of the energy storage / consumption assembly 56 may provide faster response time and higher accuracy of control. Active control of the fuel source can be prioritized for long-term changes in externally applied loads, or for long-term changes in the state of the energy generation and consumption assembly. The above operating conditions and subroutines have been presented to provide examples of how the control system can automate the operation of the fuel cell system 22 and / or the energy generation and consumption assembly 56. Since many variations in operating characteristics, parameter values and fuel cell system design and configuration are possible within the scope of the disclosure herein, the above examples should not be construed as limiting.

本願明細書において記載されている燃料電池システム及びコントロールシステムは、電力が燃料電池スタックによって生成される任意の状況においても適用できる。燃料電池スタックが、燃料電池スタックに供給原料を提供する燃料処理用アセンブリを含む燃料電池システムの一部を形成するときに、特に好適である。   The fuel cell system and control system described herein can be applied in any situation where power is generated by the fuel cell stack. It is particularly suitable when the fuel cell stack forms part of a fuel cell system that includes a fuel processing assembly that provides a feedstock to the fuel cell stack.

燃料電池システム２２の自動化は、燃料電池システムの作動の訓練をされていない個人によってこのシステムが使用される、家庭内、車両、及び、他の商業的用途での使用を可能にする。そして、例えばマイクロ波中継装置ステーション、無人の送信機又はモニタ装置、などといった、技術者又は他の個人さえ通常いない環境での使用を可能にする。コントロールシステム８０は、個人がシステムの作動を常にモニタすることが非実用的である商業的装置において燃料電池システムを実行することを可能にする。例えば、車両及びボートにおける燃料電池システムの実施態様においては、ユーザが連続的にモニタする必要はなく、そして、ユーザが燃料電池システムの作動を調整する必要はない。その代わりに、ユーザは、燃料電池システムの作動を調整するために、コントロールシステムに頼ることが可能である。ユーザは、システムが自動応答のコントロールシステムの範囲外の作動パラメータ及び／又は状況に遭遇する場合に、通知を必要とするのみである。   Automation of the fuel cell system 22 enables use in homes, vehicles, and other commercial applications where the system is used by individuals who are not trained to operate the fuel cell system. It enables use in environments where technicians or even other individuals are unusual, such as microwave repeater stations, unmanned transmitters or monitor devices, and the like. The control system 80 allows the individual to run the fuel cell system in a commercial device where it is impractical to constantly monitor system operation. For example, in embodiments of fuel cell systems in vehicles and boats, the user does not need to continuously monitor and the user does not need to adjust the operation of the fuel cell system. Instead, the user can rely on a control system to adjust the operation of the fuel cell system. The user only needs to be notified if the system encounters operating parameters and / or situations outside the scope of the auto-responsive control system.

上記例は、燃料電池システム任意の特定の用途でも用いられるように必然的に構成される他の応用を除外又は要求せずに、この種の自動化された燃料電池システムの考えられる用途を例示している。さらに、前述の段落において、コントロールシステム８０は、燃料電池システムのさまざまな部分を制御することが説明されている。このシステムは、上記のコントロールシステムのあらゆる態様を含まずに実施しうる。同様に、システム２２は、本願明細書において述べられていない作動パラメータをモニタして、制御するように構成されてもよく、先の実施例において提供されるもの以外の指令信号を送ることもできる。   The above examples illustrate possible uses of this type of automated fuel cell system, without excluding or requiring other applications that are necessarily configured to be used in any particular application. ing. Further, in the preceding paragraph, it is described that the control system 80 controls various parts of the fuel cell system. This system may be implemented without including any aspect of the control system described above. Similarly, system 22 may be configured to monitor and control operating parameters not described herein, and may send command signals other than those provided in previous embodiments. .

上で記載される開示は、独立した有用性を有する複数の異なった方法及び／又は装置を含むと考えられる。これらの方法と装置の各々がその好ましい形態において開示されているが、多数の変形例が可能であるため、本願明細書において記述され図示された具体例は、限定的なものと考えるべきではない。本願明細書における開示の対象物は、本願明細書において開示されるさまざまな要素、特徴、機能及び／又は特性の全ての新規で非自明な組合せ及びサブコンビネーションを含む。同様に、請求項が「１の」又は「第１の」要素又はその均等物を示すとき、このような請求項においては、１又は２以上のこの種の要素の組み入れてもよく、２又は３以上のこの種の要素を要求又は除外するものではないものと理解されるべきである。   The disclosure described above is believed to include a plurality of different methods and / or devices with independent utility. Although each of these methods and apparatus is disclosed in its preferred form, the specific examples described and illustrated herein are not to be considered limiting, since numerous variations are possible. . The subject matter disclosed herein includes all novel and non-obvious combinations and subcombinations of the various elements, features, functions and / or properties disclosed herein. Similarly, when a claim indicates a “1” or “first” element or its equivalent, such claim may incorporate one or more such elements, such as 2 or It should be understood that no more than three such elements are required or excluded.

請求項は、開示された実施例に対応して、新しくて自明でない特定の組合せ及びサブコンビネーションを指し示すと考えられる。特徴、機能、要素及び／又は特性における他の組合せ及びサブコンビネーションは、本出願又は関連出願において現在の請求項を補正又は新たな請求項の提示によって請求項に含まれうる。このような補正され又は新たな請求項は、異なる組合せか同じ組合せのいずれを対象にしても、元の請求項の範囲と異なっているか否か、より広いか否か、より狭いか否か、等しいか否かによらず、本明細書中の開示の対象の範囲内で含まれると考えられる。   The claims are believed to refer to particular combinations and sub-combinations that are new and not obvious, corresponding to the disclosed embodiments. Other combinations and sub-combinations of features, functions, elements and / or properties may be included in the claims by amending the current claim or presenting a new claim in this or a related application. Whether such amended or new claim differs from the scope of the original claim, whether it is a different combination or the same combination, whether it is wider or narrower, Regardless of whether they are equal, they are considered to be included within the scope of the subject matter disclosed herein.

図１は、燃料電池、及び、関連する、燃料供給源、酸素供給源及びエネルギー格納／消費アセンブリの概概略的にある。FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell and associated fuel source, oxygen source and energy storage / consumption assembly. 図２は、燃料電池スタック、燃料供給源、コントロールシステム及びエネルギー格納／消費アセンブリを含むエネルギー生成及び消費アセンブリの概概略的にある。FIG. 2 is a schematic diagram of an energy generation and consumption assembly including a fuel cell stack, a fuel supply, a control system, and an energy storage / consumption assembly. 図３は、燃料電池スタック、燃料供給源、コントロールシステム及びエネルギー格納／消費アセンブリを含むエネルギー生成及び消費アセンブリの他の実施例の概概略的にある。FIG. 3 is a schematic overview of another embodiment of an energy generation and consumption assembly including a fuel cell stack, a fuel source, a control system, and an energy storage / consumption assembly. 図４は、燃料電池スタック、燃料供給源及びコントロールシステムを含むエネルギー生成及び消費アセンブリの他の実施例の概概略的にある。FIG. 4 is a schematic overview of another embodiment of an energy generation and consumption assembly including a fuel cell stack, a fuel supply and a control system. 図５は、図４のようなエネルギー生成及び消費アセンブリの他の実施例の概概略的にある。FIG. 5 is a schematic overview of another embodiment of the energy generation and consumption assembly as in FIG. 図６は、典型的なエネルギー生成及び消費アセンブリに対して、水素圧力、改質装置出力、燃料電池スタック負荷、及び、燃料電池出力電流の典型的なグラフである。FIG. 6 is a typical graph of hydrogen pressure, reformer output, fuel cell stack load, and fuel cell output current for a typical energy generation and consumption assembly. 図７は、検出圧力の関数としての燃料電池出口オリフィスを通る不使用燃料流量の実施例のグラフである。FIG. 7 is a graph of an example of unused fuel flow rate through the fuel cell outlet orifice as a function of detected pressure. 図８は、燃料電池スタック電流の関数として、燃料電池スタックで検出した不使用燃料圧力のターゲットにおける実施例のグラフである。FIG. 8 is a graph of an example at a target of unused fuel pressure detected by the fuel cell stack as a function of fuel cell stack current. 図９は、燃料利用率が予定されている利用率に維持されて、図７に示された検出圧力の範囲内に検出圧力が維持される時の、スタック電流の関数としての不使用燃料流量のグラフである。FIG. 9 shows the unused fuel flow rate as a function of stack current when the fuel utilization rate is maintained at the planned utilization rate and the detected pressure is maintained within the detected pressure range shown in FIG. It is a graph of. 図１０は、図７において表される検出圧力の範囲内に燃料電池スタックでの検出圧力が維持されるときに、スタック電流の関数としての燃料電池スタックの燃料利用率のグラフである。FIG. 10 is a graph of fuel cell stack fuel utilization as a function of stack current when the detected pressure at the fuel cell stack is maintained within the range of detected pressures represented in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

２０ 燃料電池
２２ 燃料電池システム
２４ スタック
３０ アノード領域
３２ カソード領域
３６ アノード
３８ カソード
３４ 電極
４２ 燃料（水素）
４４ 酸素
４８ 供給源
５２ 負荷適用アセンブリ
５５ カソードエア放出流
６４ 燃料プロセッサ
６６ 生成水素流
６８ 供給流
８０ コントロールシステム
８２ コントローラ 20 Fuel Cell 22 Fuel Cell System 24 Stack 30 Anode Region 32 Cathode Region 36 Anode 38 Cathode 34 Electrode 42 Fuel (Hydrogen)
44 oxygen 48 source 52 load application assembly 55 cathode air discharge stream 64 fuel processor 66 product hydrogen stream 68 feed stream 80 control system 82 controller

Claims (42)

供給圧力で供給燃料を提供するように構成された燃料供給源と、
少なくとも一つの燃料電池を含む燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックから電流を引き出して該電流を負荷に流すために制御されるように構成されている負荷適用アセンブリ又は装置と、
前記燃料電池スタックから不使用燃料を出口圧力で放出するように構成されている出口オリフィスと、
前記供給燃料の圧力を検出して、前記負荷適用アセンブリ又は装置を能動的に制御することによって前記検出圧力に基づいて電流生成を制御するように構成されているコントロールシステムと、を備え、
前記燃料電池スタックは、酸化剤を受け入れて、前記燃料供給源から供給燃料を受け入れて、適用される負荷に応答して前記受け入れた酸化剤および供給燃料から供給アンペア数で電流を生じるように構成されている、エネルギー生成及び消費アセンブリ。A fuel supply configured to provide a supply fuel at a supply pressure;
A fuel cell stack including at least one fuel cell;
A load application assembly or apparatus configured to be controlled to draw current from the fuel cell stack and flow the current to a load ;
An outlet orifice configured to discharge unused fuel from the fuel cell stack at an outlet pressure;
A control system configured to detect the pressure of the supplied fuel and to control current generation based on the detected pressure by actively controlling the load application assembly or device ;
The fuel cell stack is configured to receive an oxidant, receive a supply fuel from the fuel supply, and generate a current in supply amperage from the received oxidant and supply fuel in response to an applied load. An energy generation and consumption assembly. 前記コントロールシステムは、
前記供給アンペア数を検出して、前記検出圧力に基づいて目標供給アンペア数を決定して、前記検出された供給アンペア数及び前記目標供給アンペア数に基づいて前記負荷適用アセンブリ又は装置を制御する、ようにさらに構成されている、請求項１に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The control system is
Detecting the supply amperage, determining a target supply amperage based on the detected pressure, and controlling the load application assembly or device based on the detected supply amperage and the target supply amperage; The energy generation and consumption assembly of claim 1, further configured as follows. 前記燃料電池スタックは、前記目標供給アンペア数を発生しているときに、前記検出圧力に対して前記供給燃料の予め定められた一部を消費するように構成されている、請求項２に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。  The fuel cell stack is configured to consume a predetermined portion of the supplied fuel with respect to the detected pressure when generating the target supply amperage. Energy generation and consumption assembly. 前記コントロールシステムは、
前記検出圧力に対して前記供給燃料の予め定められた一部を前記燃料電池スタックが消費する目標供給アンペア数を決定して、前記目標供給アンペア数に基づいて前記燃料電池スタックの作動を制御して、前記負荷適用アセンブリ又は装置を能動的に制御することによって前記供給アンペア数を制御するように、構成されている、請求項１に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The control system is
A target supply amperage that the fuel cell stack consumes a predetermined part of the supplied fuel with respect to the detected pressure is determined, and the operation of the fuel cell stack is controlled based on the target supply amperage. The energy generation and consumption assembly of claim 1, wherein the energy generation and consumption assembly is configured to control the supply amperage by actively controlling the load application assembly or device . 前記コントロールシステムは、
前記検出圧力に対して前記供給燃料の予め定められた一部を前記燃料電池スタックが消費する目標供給アンペア数を決定して、前記目標供給アンペア数に基づいて前記燃料電池スタックの作動を制御して、前記燃料電池スタックの電流生成を能動的に制御することによって前記供給アンペア数を制御するように、構成されている、請求項１に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The control system is
A target supply amperage that the fuel cell stack consumes a predetermined part of the supplied fuel with respect to the detected pressure is determined, and the operation of the fuel cell stack is controlled based on the target supply amperage. The energy generation and consumption assembly of claim 1, wherein the energy generation and consumption assembly is configured to control the supply amperage by actively controlling current generation of the fuel cell stack. 前記燃料供給源は、前記コントロールシステムに制御されるように構成され、
前記コントロールシステムは、前記供給アンペア数を検出して、目標供給アンペア数を決定して、前記目標供給アンペア数に基づいて供給圧力で前記供給燃料を供給するために前記燃料供給源を制御するように、さらに構成されている、請求項１に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The fuel supply source is configured to be controlled by the control system;
The control system detects the supply amperage, determines a target supply amperage, and controls the fuel supply source to supply the supplied fuel at supply pressure based on the target supply amperage. The energy generation and consumption assembly of claim 1 further configured. 前記コントロールシステムは、前記目標供給アンペア数及び前記検出圧力に基づいて供給燃料の目標流量を決定するように、さらに構成されている、請求項６に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。  The energy generation and consumption assembly of claim 6, wherein the control system is further configured to determine a target flow rate of supply fuel based on the target supply amperage and the detected pressure. 前記燃料供給源は、前記供給燃料を１又は２以上の供給原料から生成するように構成されており、
前記コントロールシステムは、前記供給燃料の決定された目標流量に基づいて、前記燃料供給源の作動を制御するように、さらに構成されている、請求項７に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The fuel supply source is configured to generate the supply fuel from one or more feedstocks;
The energy generation and consumption assembly of claim 7, wherein the control system is further configured to control operation of the fuel supply based on a determined target flow rate of the supply fuel. 前記供給圧力を能動的に制御するように構成されている、圧力調整器をさらに備え、
前記コントロールシステムは、前記供給圧力を予め定められた閾値圧力より下に維持するために前記圧力調整器を制御するように構成されている、請求項６から８のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。Further comprising a pressure regulator configured to actively control the supply pressure;
The energy of any one of claims 6 to 8, wherein the control system is configured to control the pressure regulator to maintain the supply pressure below a predetermined threshold pressure. Production and consumption assembly. 供給圧力で供給燃料を供給するように構成された燃料供給源と、
少なくとも一つの燃料電池を含む燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックから電流を引き出して該電流を負荷に流すために制御されるように構成されている負荷適用アセンブリ又は装置と、
前記供給燃料の圧力を検出して、前記検出された圧力に対して前記供給燃料の予め定められた一部を前記燃料電池スタックが消費する目標供給アンペア数を決定して、前記目標供給アンペア数に基づいて前記燃料電池スタックの作動を制御するように構成されているコントロールシステムと、を備え、
前記燃料電池スタックは、酸化剤を受け入れて、前記供給圧力で前記燃料供給源から供給燃料を受け入れて、適用される負荷に応答して供給アンペア数で電流を生じるために前記受け入れた供給燃料の少なくとも一部を用いるように構成されている、エネルギー生成及び消費アセンブリ。A fuel supply configured to supply a supply fuel at a supply pressure;
A fuel cell stack including at least one fuel cell;
A load application assembly or apparatus configured to be controlled to draw current from the fuel cell stack and flow the current to a load ;
Wherein detecting the pressure of the fuel supply, the part of predetermined supply fuel to determine the target number supply amperage consumed by the fuel cell stack, the number of the target supply amperes to the detected pressure A control system configured to control operation of the fuel cell stack based on
The fuel cell stack receives an oxidant, receives supply fuel from the fuel supply at the supply pressure, and generates current in supply amperage in response to an applied load to produce the received supply fuel. An energy generation and consumption assembly configured to use at least a portion. 前記コントロールシステムは、前記負荷適用アセンブリ又は装置を能動的に制御することによって前記供給アンペア数を制御するようにさらに構成されている、請求項１０に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The energy generation and consumption assembly of claim 10, wherein the control system is further configured to control the supply amperage by actively controlling the load application assembly or device. 前記コントロールシステムは、予め定められた範囲内に前記検出された圧力を能動的に制御するために前記供給燃料の輸送を制御するように構成されている、請求項１０又は１１に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。  12. Energy generation according to claim 10 or 11, wherein the control system is configured to control transport of the feed fuel to actively control the detected pressure within a predetermined range. And consumption assembly. 前記コントロールシステムは、前記検出された圧力の少なくとも一部に応答して前記燃料電池スタックの前記電流生成を能動的に制御するように構成されている、請求項１０から１２のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。  13. The control system according to any one of claims 10 to 12, wherein the control system is configured to actively control the current generation of the fuel cell stack in response to at least a portion of the detected pressure. The energy generation and consumption assembly described. 前記コントロールシステムは、前記検出された圧力の少なくとも一部に応答して前記供給燃料の輸送を制御するように構成されている、請求項１０から１３のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。  14. Energy generation and consumption according to any one of claims 10 to 13, wherein the control system is configured to control transport of the feed fuel in response to at least a portion of the detected pressure. assembly. 前記コントロールシステムは、前記目標供給アンペア数及び前記検出圧力に基づいて供給燃料の目標流量を決定するようにさらに構成され、
前記燃料供給源は、前記供給燃料を１又は２以上の供給原料から生成するために制御されるように構成され、
前記コントロールシステムは、前記供給燃料の目標流量に基づいて前記燃料供給源によって前記供給原料の使用を制御するように構成されている、請求項１０から１４のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The control system is further configured to determine a target flow rate of the supplied fuel based on the target supply amperage and the detected pressure;
The fuel supply is configured to be controlled to produce the feed fuel from one or more feedstocks;
15. The energy generation and power generation of any one of claims 10 to 14, wherein the control system is configured to control use of the feedstock by the fuel supply based on a target flow rate of the supply fuel. Consumption assembly. 前記燃料供給源は、前記供給燃料を生成するように構成されている燃料プロセッサを備え、
前記コントロールシステムは、第１の閾値より下に前記供給圧力を維持するために前記燃料プロセッサによって供給燃料の生成を制御するように構成され、
第２の閾値より上に前記供給圧力を維持するために前記燃料電池スタックによって電流の生成を制御するように構成されている、請求項１５に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The fuel supply source comprises a fuel processor configured to produce the supply fuel;
The control system is configured to control the generation of supply fuel by the fuel processor to maintain the supply pressure below a first threshold;
The energy generation and consumption assembly of claim 15, configured to control generation of current by the fuel cell stack to maintain the supply pressure above a second threshold. 前記コントロールシステムは、不使用燃料流量を決定するように構成され、
前記コントロールシステムは、前記決定された不使用燃料流量の少なくとも一部に応答して前記燃料電池の前記電流生成を制御するようにさらに構成されている、請求項１から１６のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The control system is configured to determine an unused fuel flow rate;
17. The control system of any one of claims 1 to 16, wherein the control system is further configured to control the current generation of the fuel cell in response to at least a portion of the determined unused fuel flow rate. The energy generation and consumption assembly described. 前記燃料供給源は、水素格納装置をさらに備える、請求項１から１７のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。  18. The energy generation and consumption assembly according to any one of claims 1 to 17, wherein the fuel supply further comprises a hydrogen storage device. 前記燃料供給源は、前記供給燃料を少なくとも一つの供給原料から生成するように構成されている燃料プロセッサを備える、請求項１から１８のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。  19. An energy generation and consumption assembly according to any preceding claim, wherein the fuel supply comprises a fuel processor configured to generate the supply fuel from at least one feedstock. 前記コントロールシステムは、第１の閾値より下に前記供給圧力を維持するために前記燃料プロセッサによって前記供給燃料の生成を制御するように構成され、
第２の閾値より上に前記供給圧力を維持するために前記燃料電池スタックによって電流の生成を制御するように構成されている、請求項１９に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The control system is configured to control generation of the supply fuel by the fuel processor to maintain the supply pressure below a first threshold;
The energy generation and consumption assembly of claim 19, configured to control current generation by the fuel cell stack to maintain the supply pressure above a second threshold. 前記負荷適用アセンブリ又は装置は、少なくとも一つのエネルギー消費装置を備える、請求項１から２０のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。21. An energy generation and consumption assembly according to any preceding claim, wherein the load application assembly or device comprises at least one energy consumption device. 前記燃料電池スタックは、出口圧力で出口オリフィスから不使用燃料を放出するように構成されており、
前記コントロールシステムによって検出される圧力は前記出口圧力を含む、請求項１から２１のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The fuel cell stack is configured to discharge unused fuel from an outlet orifice at an outlet pressure;
22. An energy generation and consumption assembly according to any preceding claim, wherein the pressure detected by the control system includes the outlet pressure. 前記燃料電池スタックは、入口圧力で入口オリフィスから前記供給燃料を受け入れるように構成されており、
前記コントロールシステムによって検出される圧力は前記入口圧力を含む、請求項１から２１のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。The fuel cell stack is configured to receive the feed fuel from an inlet orifice at an inlet pressure;
22. An energy generation and consumption assembly according to any preceding claim, wherein the pressure detected by the control system includes the inlet pressure. 前記供給燃料の圧力は、前記燃料電池スタック内で検出される圧力である、請求項１から２１のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。22. The energy generation and consumption assembly according to any one of claims 1 to 21, wherein the supply fuel pressure is a pressure detected in the fuel cell stack. 前記コントロールシステムは、前記検出された圧力を予め定められた範囲内に維持するために前記供給燃料の輸送を制御するように構成されている、請求項１から２４のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。  25. The control system according to any one of claims 1 to 24, wherein the control system is configured to control transport of the feed fuel to maintain the detected pressure within a predetermined range. Energy generation and consumption assembly. 前記負荷適用アセンブリ又は装置は、少なくとも一つのエネルギー消費装置を備える、請求項１から２５のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。26. An energy generation and consumption assembly according to any preceding claim, wherein the load application assembly or device comprises at least one energy consumption device. 前記負荷適用アセンブリ又は装置は、少なくとも一つのエネルギー格納装置を備える、請求項１から２６のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリ。27. An energy generation and consumption assembly according to any preceding claim, wherein the load application assembly or device comprises at least one energy storage device. 供給圧力で供給燃料を供給すること、
少なくとも１つの燃料電池を含んで供給アンペア数で電流を生成するように構成されている燃料電池スタックに酸化剤及び供給燃料を用いること、
前記燃料電池スタックから電流を引き出すために負荷を前記燃料電池スタックに適用すること、
出口オリフィスを介して前記燃料電池スタックから不使用燃料を出口圧力で放出することと、
前記燃料電池スタックで圧力を検出すること、
前記燃料電池に適用される前記負荷を能動的に制御することによって、前記検出圧力に基づいて前記供給アンペア数を制御すること、を含む、エネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Supplying fuel at the supply pressure,
Using an oxidant and a feed fuel in a fuel cell stack that includes at least one fuel cell and is configured to generate current at a supply amperage;
Applying a load to the fuel cell stack to draw current from the fuel cell stack;
Discharging unused fuel from the fuel cell stack via an outlet orifice at an outlet pressure;
Detecting pressure in the fuel cell stack;
Controlling the supply amperage based on the sensed pressure by actively controlling the load applied to the fuel cell, the method of operating an energy generation and consumption assembly. 前記制御することは、
前記検出圧力に基づいて不使用燃料流量を決定すること、
前記決定された不使用燃料流量の少なくとも一部に応答して前記供給アンペア数を制御すること、を含む、請求項２８に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Said controlling is
Determining an unused fuel flow rate based on the detected pressure;
29. A method of operating an energy generation and consumption assembly according to claim 28, comprising controlling the supply amperage in response to at least a portion of the determined unused fuel flow rate. 前記不使用燃料流量を決定することには、方程式Ｆ＝Ｋ√Ｐを解析することを含み、Ｆは前記不使用燃料の流量、Ｋは定数、そして、Ｐは前記検出圧力である、請求項２９に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Determining the unused fuel flow rate comprises analyzing the equation F = K√P, where F is the unused fuel flow rate, K is a constant, and P is the detected pressure. 30. A method of operating an energy generation and consumption assembly according to claim 29 . 前記供給アンペア数を検出すること、
前記検出圧力に対して前記供給燃料の予め定められた一部を前記燃料電池スタックが消費する目標供給アンペア数を決定すること、
をさらに含み、
前記供給アンペア数を制御することは、前記目標供給アンペア数を決定することに少なくとも一部基づいている、請求項２８から３０のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Detecting the supply amperage;
Determining a target supply amperage that the fuel cell stack consumes a predetermined portion of the supply fuel relative to the detected pressure;
Further including
31. A method of operating an energy generating and consuming assembly according to any one of claims 28 to 30 , wherein controlling the supply amperage is based at least in part on determining the target supply amperage. 前記目標供給アンペア数及び前記検出圧力に基づいて前記供給燃料の目標流量を決定すること、及び、前記供給燃料の目標流量に基づく前記供給燃料の生成を制御すること、をさらに含む、請求項３１に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Determining a target flow rate of the supply fuel based on the target supply amperage and the detected pressure, and further comprises, for controlling the generation of the supply fuel based on the target flow rate of the feed fuel, claim 31 A method of operating the energy generation and consumption assembly according to claim 1. 前記燃料電池スタックに負荷を適用することは、
前記燃料電池スタックからの電流を負荷適用アセンブリ又は装置に電導することを含む、請求項２８から３２のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Applying a load to the fuel cell stack
33. A method of operating an energy generation and consumption assembly according to any one of claims 28 to 32 , comprising conducting current from the fuel cell stack to a load application assembly or device . 供給圧力で供給燃料を供給すること、
少なくとも１つの燃料電池を含む燃料電池スタックに酸化剤及び燃料を用いること、
供給アンペア数で前記燃料電池スタックに電流を生成すること、
前記燃料電池スタックで圧力を検出すること、
前記検出された圧力に対して前記供給燃料の予め定められた一部を前記燃料電池スタックが消費する目標供給アンペア数を決定すること、
前記目標供給アンペア数に基づいて前記燃料電池スタックの作動を制御すること、を含む、エネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Supplying fuel at the supply pressure,
Using an oxidant and fuel in a fuel cell stack comprising at least one fuel cell;
Generating current in the fuel cell stack at a supply amperage;
Detecting pressure in the fuel cell stack;
Determining a target supply amperage at which the fuel cell stack consumes a predetermined portion of the supplied fuel for the detected pressure;
Controlling the operation of the fuel cell stack based on the target supply amperage. 前記燃料電池スタックに負荷を適用することをさらに含み、
前記燃料電池スタックの作動を制御することは、前記燃料電池スタックに適用される負荷を能動的に制御することを含む、請求項３４に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Further comprising applying a load to the fuel cell stack;
35. The method of operating an energy generation and consumption assembly according to claim 34 , wherein controlling the operation of the fuel cell stack includes actively controlling a load applied to the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックに負荷を適用することをさらに含み、
前記燃料電池スタックの作動を制御することは、前記燃料電池スタックによって生成される電流を能動的に制御することを含む、請求項３４に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Further comprising applying a load to the fuel cell stack;
35. The method of operating an energy generation and consumption assembly according to claim 34 , wherein controlling the operation of the fuel cell stack includes actively controlling the current generated by the fuel cell stack. 前記供給燃料を供給することは、前記供給燃料を１又は２以上の供給原料から生成すること、を含み、
前記供給燃料の目標流量に基づいて前記供給原料の使用を制御することをさらに含む、請求項２８から３６のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Supplying the feed fuel includes generating the feed fuel from one or more feedstocks;
37. A method of operating an energy generation and consumption assembly according to any one of claims 28 to 36 , further comprising controlling use of the feedstock based on a target flow rate of the feed fuel. 出口圧力で出口オリフィスを介して前記燃料電池スタックから不使用燃料を放出することをさらに含み、
前記燃料電池スタックで圧力を検出することは、前記出口圧力を検出することを含む。請求項２８から３７のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Discharging unused fuel from the fuel cell stack via an outlet orifice at an outlet pressure;
Detecting pressure at the fuel cell stack includes detecting the outlet pressure. 38. A method of operating an energy generating and consuming assembly according to any one of claims 28 to 37 . 前記燃料電池スタックで圧力を検出することは、前記燃料電池スタックの入口オリフィスで前記供給燃料の圧力を検出することを含む、請求項２８から３７のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。38. An energy production and consumption assembly according to any one of claims 28 to 37 , wherein detecting the pressure at the fuel cell stack comprises detecting the pressure of the feed fuel at an inlet orifice of the fuel cell stack. Operating method. 前記燃料電池スタックで圧力を検出することは、前記燃料電池スタックの前記供給燃料の圧力を検出することを含む、請求項２８から３７のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。38. A method of operating an energy generation and consumption assembly according to any one of claims 28 to 37 , wherein detecting the pressure at the fuel cell stack comprises detecting the pressure of the fuel supply of the fuel cell stack. . 前記供給燃料を供給することは、１又は２以上の供給原料から前記供給燃料を提供することを含む、請求項２８から４０のいずれか１項に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。41. A method of operating an energy generation and consumption assembly according to any one of claims 28 to 40 , wherein supplying the supply fuel comprises providing the supply fuel from one or more feedstocks. 第１の閾値より下に前記供給圧力を維持するために構成されるように前記供給燃料の生成を制御することをさらに含み、
前記第１の閾値未満である第２の閾値より上に、前記供給圧力を維持するために構成されるように前記燃料電池スタックによって電流の生成を制御すること、をさらに含む、請求項４１に記載のエネルギー生成及び消費アセンブリの作動方法。Further comprising controlling production of the supply fuel to be configured to maintain the supply pressure below a first threshold;
Above the second threshold value is less than the first threshold value, the further comprising, for controlling the generation of current by the fuel cell stack to be configured to maintain the supply pressure to claim 41 A method of operating the described energy generation and consumption assembly.
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